刚刚！又一张黑洞照片发布！这个黑洞离我们更近

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它的第一张照片，为什么“拍”了五年？

由于EHT合作早在2019年就公布了首次M87黑洞成像的结果（路如森&左文文 2019），此次对银河系中心黑洞的首次成像可以说是人们期待已久的。然而人们不禁会问，既然EHT在2017年4月几乎同时观测了M87* 和Sgr A*, 后者的“照片”为什么如此耗时呢？

因为“冲洗”这张照片的技术难度更大。

一方面，除了前面提到的星际散射中的衍射效应造成的角致宽之外，还存在折射散射的效应，其结果是引入所谓的“折射噪声”会叠加在Sgr A*本身所对应的可见度幅度信息上。

另一方面，更加重要的原因是，Sgr A*靠近黑洞处的射电辐射的图案和亮度会表现出快速变化（典型的变化时标为几分钟），远远短于通常VLBI成像所需要的观测时间（几个小时）。因此对这样的变源进行VLBI图像重建违反了地球自转孔径综合成像的基本假设（路如森等 2016）。

加之目前的望远镜基线覆盖仍然比较稀疏，这些因素一起使得重建Sgr A*在事件视界尺度上的图像面临巨大挑战，EHT合作团队不得不开发更复杂的工具来消除散射以及这种结构变化对成像所带来的影响。

由于VLBI重建的图像通常不具有唯一性，EHT合作团队利用与观测数据的特征相一致的仿真数据来“训练”各种成像方法，从而选取成像所需的最优参数集。利用这些最优参数集，我们发现所得到成像中的绝大多数显示了环状结构，其直径、宽度和中心黑暗程度在不同的成像方法和参数选择中是一致的。然而，重建的图像在其具体形态上显示出了多样性，特别是沿着环的方位角的强度分布。这种多样性是由于EHT目前仍然有限的望远镜基线覆盖再加上Sgr A*的结构变化所造成的。

所有重建的图像可根据其形态分为四个子集，其中三个子集中的图像呈现出环状的结构，只是环的亮度沿方位角的分布不同，而第四个子集中包含了相对数目较小的图像，尽管它们也能与数据吻合，但看起来不像环形。最终，通过将数千张使用不同成像方法得到的图像平均起来生成了一幅Sgr A*的代表性图像 （如图4所示）。基于对望远镜基线覆盖的情况、时变特征、以及星际散射性质的理解，并结合仿真数据，我们可以说EHT观测数据有力地证明了Sgr A*的图像确实由一个直径为50微角秒的环状结构主导，这与质量为4百万倍太阳质量，距离地球为8kpc的黑洞所预期的“阴影”的大小非常一致。

此次成像结果为银河系中心超大质量黑洞的存在提供了直接证据，并首次将103-105个引力半径尺度上的恒星轨道动力学测量的预言与事件视界尺度上的图像和时变联系起来。更进一步地，与超大质量黑洞M87∗的EHT成像结果比较，表明了广义相对论的预言在跨越三个质量量级系统中的一致性，充分证明了“天下黑洞一般黑”！

图四：上方为EHT从2017年4月7日的观测中获得的Sgr A*的代表性图像。下方四个图从左到右展示了三个呈现环状结构的图像子集的平均图像和一个非环状结构的图像子集的平均图像。图中的柱状图显示了属于每个子集的图像的相对数量，其高度代表了每个子集对最终照片的相对贡献。（图片来源：EHT合作组织）

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“黑洞照相馆”的下一步是“黑洞小视频”

作为离人类最近的超大质量黑洞，Sgr A*为我们提供了一个检验广义相对论和探索黑洞天体物理的独特实验室。随着此次首张银河系中心黑洞照片的发布，后续的工作将通过偏振观测数据来研究该黑洞周围的磁场，并近一步研究与观测到的X-射线耀斑活动有关的结构变化。

2017年之后，随着新望远镜的加入以及数据记录带宽的不断增加，EHT阵列的灵敏度也在不断得到提升，对Sgr A*这一变源的成像能力在不断增强。未来随着更多亚毫米波望远镜的加入，有望实现对其24小时不间断的接力成像观测，我们将最终能够实现对该黑洞周围物理环境的动态摄像。在这一方面，若建设位于中国的亚毫米波VLBI望远镜并参加相关观测，将会起到很关键的作用。

参考文献

[1] Brown, R. L.1982, ApJ, 262, 110