黑洞，究竟是怎樣神秘的存在？得益于一張張照片，人類對(duì)它的認(rèn)知一步步具象化——
2019年4月，由事件視界望遠(yuǎn)鏡(EHT)拍下的人類首張黑洞照片——M87星系中心超大質(zhì)量黑洞照片發(fā)布，震驚世界；
3年后，由EHT拍攝的銀河系中心黑洞照片首發(fā)，從強(qiáng)引力場(chǎng)角度驗(yàn)證了愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論；
此后一年不到，國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)首次拍攝到了M87的黑洞“全景照”，黑洞陰影、吸積盤和噴流同時(shí)定格在一張照片中。
這3張標(biāo)志性的照片，展現(xiàn)了中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)黑洞成像研究團(tuán)隊(duì)從積極參與，到在世界黑洞研究前沿占據(jù)一席之地的成長(zhǎng)足跡。“天文無(wú)疑是浪漫的，但研究人員更多時(shí)候是在默默無(wú)聞地長(zhǎng)期深耕?！敝袊?guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)沈志強(qiáng)如此描述這個(gè)仰望星空的團(tuán)隊(duì)。
打破研究“天花板”
1997年，沈志強(qiáng)博士畢業(yè)，“看清”黑洞對(duì)他似乎有著無(wú)窮吸引力，“那時(shí)要等上20個(gè)月，才有5小時(shí)觀測(cè)機(jī)會(huì)?！?/p>
此后的5年間，他和同事們開(kāi)展了20多次高分辨率VLBI(甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量)觀測(cè)，其間的每一步工作都代表了當(dāng)時(shí)該領(lǐng)域的最新進(jìn)展。2005年，沈志強(qiáng)領(lǐng)銜國(guó)際天文研究小組在《自然》雜志上發(fā)表了世界首張3.5毫米觀測(cè)波長(zhǎng)的銀河系中心黑洞高分辨率圖像。
“我回國(guó)，就是想把國(guó)內(nèi)黑洞成像研究推進(jìn)到國(guó)際先進(jìn)水平。”一路求學(xué)，路如森始終將導(dǎo)師沈志強(qiáng)的愿望記在心里。2018年，他帶著多年的研究積累回國(guó)，加入上海天文臺(tái)射電天文科學(xué)與技術(shù)研究室。
“科學(xué)需要辯論，已有的研究‘天花板’需要被打破，更要發(fā)出‘中國(guó)聲音’。”路如森憋著一股干勁兒，在上海天文臺(tái)已有研究基礎(chǔ)上著力開(kāi)展國(guó)際最前沿的1毫米波段成像研究。
2023年，他牽頭國(guó)際團(tuán)隊(duì)完成對(duì)M87黑洞及其周圍環(huán)境的成像研究，首次在新波段捕獲該黑洞的照片，實(shí)現(xiàn)了給活動(dòng)星系核的“中央引擎”拍攝“全景照”的突破。研究成果在《自然》雜志發(fā)表后，在全球引發(fā)廣泛關(guān)注。
“昂貴”的計(jì)算
想從地球上看見(jiàn)黑洞，必須使用在亞毫米波段工作的望遠(yuǎn)鏡，而亞毫米波天文觀測(cè)需要干燥的天氣環(huán)境和稀薄的大氣，因此位于夏威夷的休眠火山口成了天文觀測(cè)圣地。
上海天文臺(tái)射電天文科學(xué)與技術(shù)研究室副研究員江悟有幸去現(xiàn)場(chǎng)參加了事件視界望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)。“除了高原反應(yīng)引起的氣喘和些許頭痛外，印象最深的就是雖然是在半夜觀測(cè)，但大家都熱情高漲，工作起來(lái)一絲不茍?！苯蚧貞浾f(shuō)，有時(shí)會(huì)在凌晨返回基地的途中，見(jiàn)到其他火山口冒出的火星，被大自然的力量深深震撼。
趙杉杉是上海天文臺(tái)高分辨射電天體物理課題組的一名90后青年研究人員，她所在的理論工作組需要將模型圖像庫(kù)與觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，篩選出最優(yōu)模型。
黑洞周圍的環(huán)境非常復(fù)雜，導(dǎo)致很多物理參數(shù)具有不確定性，每張模型圖像背后都需要大量的人力和算力。一次數(shù)值模擬需要在超級(jí)計(jì)算機(jī)上運(yùn)算幾周到幾個(gè)月，如果參數(shù)變動(dòng)就要重新計(jì)算?！皬倪@個(gè)角度看，黑洞圖像的理論解釋非?！嘿F’?！壁w杉杉說(shuō)。
給黑洞拍“電影”
“以前，我認(rèn)為做科研就是坐在電腦前推公式、寫代碼，從沒(méi)想過(guò)還可以參與建設(shè)望遠(yuǎn)鏡?！睘榱嗽缛沼蒙衔覈?guó)自己的設(shè)備給黑洞拍照，趙杉杉跟隨團(tuán)隊(duì)去西藏進(jìn)行了考察，尋找合適的站址。
“為了在下一步給黑洞拍攝‘電影’的研究中搶占制高點(diǎn)，擁有更多國(guó)際學(xué)術(shù)話語(yǔ)權(quán)，我們必須要有自己的觀測(cè)設(shè)備?！甭啡缟宄?，未來(lái)還有很長(zhǎng)的路要走。為此，上海天文臺(tái)已推動(dòng)實(shí)施了我國(guó)毫米波VLBI實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)，積極推動(dòng)在西部地區(qū)建設(shè)亞毫米波望遠(yuǎn)鏡及陣列，并發(fā)展相關(guān)觀測(cè)設(shè)施。
江悟也在為推進(jìn)亞毫米波望遠(yuǎn)鏡建設(shè)努力，“多頻同時(shí)接收技術(shù)是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，它能夠探測(cè)更弱的信號(hào)，這樣就有望觀測(cè)到更多的黑洞圖像?！?/p>
“公眾對(duì)我們的研究成果非常感興趣，總是會(huì)提出很多問(wèn)題。這時(shí)我會(huì)真切感受到，探索未知是人類的天性?！壁w杉杉表示，作為探索黑洞的“先遣隊(duì)”，將最新的科研成果帶給公眾是責(zé)任和義務(wù)，自己也在交流中收獲著分享的快樂(lè)。
本報(bào)記者 裴龍翔
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