事件視界望遠鏡：黑洞圖像的突破與未來
事件視界望遠鏡（Event Horizon Telescope，簡稱 EHT）是世界各地的射電望遠鏡的合作項目，它們協同工作以對超大質量黑洞進行成像，目前已取得其迄今最精細的分辨率。未來，這一成就有望使圍繞黑洞事件視界的光環圖像清晰度提升 50%，解析出迄今未見的細節，並製作出黑洞旋轉時如何變化的影片。
EHT 基於“甚長基線干涉測量法”（簡稱 VLBI）的原理工作。這涉及利用跨大陸的望遠鏡網絡，它們都共同觀測同一物體，並在過程中整合數據。網絡中最遠的兩個望遠鏡之間的距離越寬，分辨率越高，網絡中的望遠鏡越多，靈敏度越高。
EHT 成功地對我們銀河系中心的黑洞人馬座 A*以及橢圓星系 M87 中心的黑洞 M87*進行了成像——這標誌着人類捕獲的前兩張黑洞圖像——因爲它有一個巨大的基線。不妨將基線想象成望遠鏡的孔徑。EHT 最南端的望遠鏡是南極望遠鏡，而其最北端的站點是格陵蘭望遠鏡，這意味着該網絡幾乎跨越了地球的頂部到底部。
除了基線因素外，波長也起作用，波長越低分辨率越高。我們銀河系中心和 M87 黑洞的歷史性圖像是在 1.3 毫米的射電波長下捕獲的。在這個波長下，事件視界周圍帶有黑洞暗影的發射環面“光子環”顯得模糊——特別是在人馬座 A*的情況下。這是因爲來自黑洞的射電發射被我們和物體本身之間的星際介質中的電離氣體部分散射。這致使光線在角尺度上變得模糊不清，與 EHT 在 1.3 毫米處的分辨率相當。在較短波長下，這種模糊效應會顯著降低。
爲此，EHT 有史以來第一次能夠在 0.87 毫米的較短波長下進行甚長基線干涉測量。
“通過 EHT，我們通過檢測 1.3 毫米波長的無線電波看到了黑洞的第一批圖像，但我們看到的由黑洞引力中光線彎曲形成的明亮環仍然看起來模糊，因爲我們處於能夠使圖像變得多清晰的絕對極限，”美國宇航局噴氣推進實驗室的亞歷山大·雷蒙德在一份聲明中說。“在 0.87 毫米波長下，我們的圖像將更清晰、更詳細，這反過來有可能會揭示新的特性，包括之前預測到的那些，也許還有一些未曾預測到的。”
在 0.87 毫米處實現甚長基線干涉測量並非易事，這正是此前從未達成的原因。
其中一個難題在於大氣中的水蒸氣，在這種短波長下，水蒸氣往往會吸收無線電波，所以所有 EHT 的觀測點的天氣都得極爲乾燥。
至於那些觀測點，此次特殊的甚長基線干涉測量實驗涵蓋了智利的阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列（ALMA）和阿塔卡馬探路者實驗、西班牙的毫米波射電天文研究所（IRAM）30 米望遠鏡、法國的北方擴展毫米陣列（NOEMA）、位於夏威夷莫納克亞山上的亞毫米波陣列（SMA）以及格陵蘭望遠鏡，它們全都是 EHT 的站點。
在 0.87 毫米處對衆多類星體進行探測，他們達成了 19 微角秒的分辨率。
19 微角秒到底有多小？天空被劃分爲 360 度，每度包含 60 角分，每個角分又進一步被細分爲 60 角秒。一微角秒是一角秒的百萬分之一，所以 19 微角秒就好比能分辨出月球表面上的一個瓶蓋。
這是僅從地球表面獲取的天文圖像的最高分辨率（儘管過去地面和太空望遠鏡的組合已實現了類似的分辨率）。
雷蒙德和他的同事們實際上覺得，當 EHT 滿負荷運轉時（比如，包括未參與 0.87 毫米測試的南極望遠鏡），其能夠分辨低至 13 角秒。
現在的意圖是在獲取人馬座 A*和 M87 中的超大質量黑洞的新圖像過程中應用這一突破成果。
“時機正好，正如新的探測結果所證明的那樣，推進到 0.87 毫米。”
更高的分辨率不僅會讓每個黑洞周圍的光子環圖像變得更清晰，還能夠更精確地描繪出它們的形狀和大小，進而更準確地估算黑洞的自旋速率以及與我們的角度。
這或許能爲黑洞的磁場如何產生幾乎以光速移動並延伸到數千光年之深的太空的噴流提供更多答案。
除了如今能夠在更短的波長下運作之外，還有針對事件視界望遠鏡（EHT）的重大修改計劃，該計劃被稱爲“下一代 EHT”，簡稱“ngEHT”。這將在世界各地的優選位置爲現有的 EHT 基礎設施增添新的望遠鏡，以提供最大的基線和靈敏度，同時改進合作現有成員的探測器設施，以便他們能夠同時在 3 毫米至 0.87 毫米之間的多個波長對黑洞進行觀測。
總的來講，下一代 EHT 預計會將黑洞圖像的清晰度提升 10 倍，甚至有可能製作出高分辨率的影片，來展示隨着黑洞旋轉以及從周邊的空間吸積更多物質，黑洞事件視界周圍的光子環隨時間發生的變化。
“在 0.87 毫米處的這些甚長基線干涉測量（VLBI）信號檢測具有開創性意義，因爲它們爲超大質量黑洞的研究打開了一個新的觀測窗口，”德國馬克斯·普朗克射電天文研究所的托馬斯·克里希鮑姆在歐洲南方天文臺發佈的聲明中表示。
這項具有開創性的甚長基線干涉測量（Very Long Baseline Interferometry）實驗的結果於 8 月 27 日發表在《天文期刊》上。 空格