​(談天說地)他們給黑洞拍「電影」 張建松 丁汀

 上海風光秀麗的天馬山腳下,高大雄偉的65米口徑天馬望遠鏡旁,前段時間新增了一座5米口徑毫米波望遠鏡。

 「這座望遠鏡的使命是依託天馬望遠鏡平台進行相應測試,以建設我國自己的一座亞毫米波望遠鏡,加入『事件視界望遠鏡』(EHT)國際觀測網,給銀河系中心黑洞拍『電影』。」中國科學院上海天文台台長沈志強說,「EHT望遠鏡要求能在亞毫米波正常工作,目前,我國還沒有一座望遠鏡達到EHT的觀測頻段要求。」

 作為一位研究黑洞的天文學家,1997年,沈志強曾帶領國際團隊對銀河系中心人馬座A*開展了20餘次甚長基線干涉測量(VLBI)技術觀測。2005年,他發現人馬座A*是超大質量黑洞的新證據,引起廣泛關注,被評為2005年度中國基礎研究十大新聞。

 但沈志強心裡總有個遺憾:當年,他只能申請國外的VLBI網進行黑洞觀測研究。隨著綜合國力增強,我國構建了自己的VLBI網。2012年,沈志強主持建設上海天馬望遠鏡,很快成為國際VLBI觀測網的重要成員。多年來,「天馬」持續為全球天文學家提供高質量觀測數據。

 為了捕獲黑洞的「真容」,2017年,由全球300多位科學家組成的「事件視界望遠鏡」(EHT)合作組織,將分佈在全球的8個亞毫米波望遠鏡組成一個等效於地球口徑大小的「虛擬望遠鏡」,對分別位於室女座的M87星系中心和銀河系中心的兩個超大質量黑洞,進行了首次成像觀測。

 在EHT全球聯合成像觀測期間,上海65米天馬望遠鏡和新疆南山25米射電望遠鏡共同參與了密集的黑洞成像協同觀測。

 自從EHT計劃啟動以來,深耕VLBI成像研究的路如森就參與其中。2018年,在國外求學和工作10多年的他,決定攜全家回國,加入上海天文台黑洞研究團隊。「黑洞成像研究是上海天文台著力發展的重點方向。我回國,就是想把中國的黑洞成像研究推進到國際先進水平,在這個領域做出引領性成果。」路如森說。

 憑著一股子幹勁和闖勁,路如森不僅組建了黑洞天體物理觀測與理論研究聯合科研團隊,還牽頭數十名國際同行開展合作,瞄準世界黑洞研究的前沿進行攻關。在江悟、趙杉杉等團隊成員齊心協力攻關下,近年來,上海天文台的黑洞成像研究結出了纍纍碩果。

 2019年,上海天文台參與EHT全球同步發佈第一張黑洞照片——M87黑洞照片;2021年,參與發佈M87黑洞的偏振照片及多波段觀測成果;2022年,參與EHT全球同步發佈銀河系中心黑洞照片;2023年,上海天文台領銜發佈M87黑洞的「全景照片」,將黑洞陰影、吸積盤和噴流同時展現在一張照片裡。

 「僅有黑洞靜態的照片還不夠,還必須給黑洞拍動態的『電影』,以獲取每時每刻的黑洞信息,全方位觀測和理解黑洞。黑洞為我們檢驗廣義相對論提供了一個非常好的實驗室,在黑洞周圍強引力場下理解時空,對整個人類都有重要意義。」路如森說,「早日建成我國的亞毫米波望遠鏡,加入到全球對銀河系中心黑洞24小時不間斷的接力觀測中,這是我的夢想。」

 為了早日建成我國的亞毫米波望遠鏡,上海天文台黑洞團隊裡的「技術能手」江悟與國際同行合作,正積極開展先進的多頻同時接收技術觀測實驗。

 團隊成員趙杉杉也將自己變成了「多邊形戰士」。「我一直以為做科研就是坐在電腦前推公式、寫代碼,從來沒想過可以參與建設望遠鏡。」這位「90後」姑娘爽朗地說,「不管多忙多累,每當想到未來真的可以給黑洞拍一部電影,我就覺得自己好像是代表了全人類的好奇心,在追求,在探索。」◇