
2019年4月10日,人类史上首张黑洞照片全球亮相,其酷似甜甜圈的形象给人们留下深刻印象。值得一提的是,这一全球合作、经过数年准备的事件视界望远镜(EHT)项目中,共有16位大陆科学家参与,其中有8位来自中国科学院上海天文台。黑洞成像研究一直是上海天文台着力发展的重点方向,研究团队认为,科学需要辩论,已有研究的“天花板”需要打破,更要发出“中国声音”。
黑洞成像,全球科研团队合作的典范
自1974年银河系中心黑洞射电辐射源人马座A*(Sgr A*)被首次发现,人们对此距离我们最近的(约27,000光年)超大质量黑洞开展成像观测研究已有30多年,一步步逼近黑洞,并最终促成了事件视界望远镜(EHT)国际合作。
“可以说,事件视界望远镜合作组织(EHTC)主要是源于对银河系中心黑洞的探究。”EHT合作组织中国协调人、中国科学院上海天文台台长沈志强说,“创建EHT是一项艰巨的挑战,需要升级和连接遍布世界各地的8台射电望远镜形成一个口径如地球大小的虚拟望远镜。”
要从地球上看见黑洞,必须使用在亚毫米波段工作的望远镜。亚毫米波天文观测需要干燥的天气环境和稀薄的大气,因此火山口是一个不错的选择。
上海天文台射电天文科学与技术研究室的副研究员江悟是有幸去夏威夷某火山口参加EHT观测的科研人员。“去那里观测除了高原反应引起的气喘和些许头痛外,印象最深的是虽然在半夜观测,大家都热情高涨,工作时一丝不苟,通力合作。”江悟回忆道,“最大的福利莫过于有时还能在凌晨返回基地的途中见到另一个山头的火山口正喷发着火星,同时见证大自然的神奇和宇宙黑洞的神奇算是都赶上了。”
在沈志强看来,EHT的建设和黑洞照片的最终捕获源于世界各地科研人员数十年始终以明确的科学目标为牵引,最大限度地汇集全球智慧,坚持不懈地将理论研究与观测和技术创新相结合,堪称是基础研究领域全球团队合作的一个典范。
打开青年科研人员的视野
赵杉杉,是中国科学院上海天文台高分辨射电天体物理课题组的一名90后青年研究人员。自2017年加入了“事件视界望远镜”(EHT)合作组,她亲历了M87黑洞照片和银河系中心黑洞照片的合作研究过程。
作为青年科研人员,能够参加到这样大型的国际合作中收获匪浅。“EHT合作对于我这样的青年科研人员来说是个很好的平台。”赵杉杉说,“在这个平台上,持不同学术观点的科学家共同完成工作,我参加各类讨论、会议,能够直观地接触到、感受到和学习到目前这个领域最新的研究进展和发展趋势,看到持不同学术观点的科学家们进行思想碰撞。”
她指出,在这样的大型国际合作中,一名青年科研人员能够接触到的信息量是巨大的,能够切身感受到各个方向、各个层次的科学家是如何思考问题、解决问题的。“我的视野打开了。”赵杉杉这样说道。
2019年首张黑洞照片发布后赵杉杉与荷兰团队中的青年科学家合影。上海天文台供图
她还作为东亚代表担任EHT合作组的青年科学委员会委员。“这完全是义务的,为了保证合作的顺利进行,我们必须牺牲一些自己的时间为合作组内的其他人服务。在这一过程中,我也学习到这样涉及不同文化背景的国际合作是怎样进行组织和管理的。”
中国要有自己的黑洞“摄影机”
2023年,上海天文台研究员路如森牵头国际团队完成对M87黑洞及其周围环境的成像研究,首次在新波段捕获该黑洞的照片并对黑洞周围的吸积流和喷流一同进行成像,实现给活动星系核的“中央引擎”拍摄“全景照”的突破,结果发表在《自然》杂志,在全球引发广泛关注。
在天马望远镜园区推进毫米波望远镜建设。上海天文台供图
目前,全球有关黑洞成像的研究仍在持续。以下一代黑洞动态成像和黑洞多彩成像为主要科学目标,上海天文台在2020年就已提出建设综合性能达到国际先进水平的15米口径亚毫米波天文研究望远镜,目前已启动5米口径的原型机研制,并在西藏地区开展了初步选址工作。
“要在下一步给黑洞拍摄‘电影’的研究中抢占科技制高点和更多国际学术话语权,就要有我们自己的观测设备。”为此,上海天文台已推动实施了我国毫米波VLBI实验系统建设,同时提出并积极推动在西部地区建设亚毫米波望远镜及阵列并发展相关观测设施。“只有建设我们自己的望远镜,才能掌握更多科研主动权。”
头图为团队到西藏考察亚毫米波望远镜建设站址。上海天文台供图。