事件视界望远镜：黑洞图像的突破与未来
事件视界望远镜（Event Horizon Telescope，简称 EHT）是世界各地的射电望远镜的合作项目，它们协同工作以对超大质量黑洞进行成像，目前已取得其迄今最精细的分辨率。未来，这一成就有望使围绕黑洞事件视界的光环图像清晰度提升 50%，解析出迄今未见的细节，并制作出黑洞旋转时如何变化的影片。
EHT 基于“甚长基线干涉测量法”（简称 VLBI）的原理工作。这涉及利用跨大陆的望远镜网络，它们都共同观测同一物体，并在过程中整合数据。网络中最远的两个望远镜之间的距离越宽，分辨率越高，网络中的望远镜越多，灵敏度越高。
EHT 成功地对我们银河系中心的黑洞人马座 A*以及椭圆星系 M87 中心的黑洞 M87*进行了成像——这标志着人类捕获的前两张黑洞图像——因为它有一个巨大的基线。不妨将基线想象成望远镜的孔径。EHT 最南端的望远镜是南极望远镜，而其最北端的站点是格陵兰望远镜，这意味着该网络几乎跨越了地球的顶部到底部。
除了基线因素外，波长也起作用，波长越低分辨率越高。我们银河系中心和 M87 黑洞的历史性图像是在 1.3 毫米的射电波长下捕获的。在这个波长下，事件视界周围带有黑洞暗影的发射环面“光子环”显得模糊——特别是在人马座 A*的情况下。这是因为来自黑洞的射电发射被我们和物体本身之间的星际介质中的电离气体部分散射。这致使光线在角尺度上变得模糊不清，与 EHT 在 1.3 毫米处的分辨率相当。在较短波长下，这种模糊效应会显著降低。
为此，EHT 有史以来第一次能够在 0.87 毫米的较短波长下进行甚长基线干涉测量。
“通过 EHT，我们通过检测 1.3 毫米波长的无线电波看到了黑洞的第一批图像，但我们看到的由黑洞引力中光线弯曲形成的明亮环仍然看起来模糊，因为我们处于能够使图像变得多清晰的绝对极限，”美国宇航局喷气推进实验室的亚历山大·雷蒙德在一份声明中说。“在 0.87 毫米波长下，我们的图像将更清晰、更详细，这反过来有可能会揭示新的特性，包括之前预测到的那些，也许还有一些未曾预测到的。”
在 0.87 毫米处实现甚长基线干涉测量并非易事，这正是此前从未达成的原因。
其中一个难题在于大气中的水蒸气，在这种短波长下，水蒸气往往会吸收无线电波，所以所有 EHT 的观测点的天气都得极为干燥。
至于那些观测点，此次特殊的甚长基线干涉测量实验涵盖了智利的阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）和阿塔卡马探路者实验、西班牙的毫米波射电天文研究所（IRAM）30 米望远镜、法国的北方扩展毫米阵列（NOEMA）、位于夏威夷莫纳克亚山上的亚毫米波阵列（SMA）以及格陵兰望远镜，它们全都是 EHT 的站点。
在 0.87 毫米处对众多类星体进行探测，他们达成了 19 微角秒的分辨率。
19 微角秒到底有多小？天空被划分为 360 度，每度包含 60 角分，每个角分又进一步被细分为 60 角秒。一微角秒是一角秒的百万分之一，所以 19 微角秒就好比能分辨出月球表面上的一个瓶盖。
这是仅从地球表面获取的天文图像的最高分辨率（尽管过去地面和太空望远镜的组合已实现了类似的分辨率）。
雷蒙德和他的同事们实际上觉得，当 EHT 满负荷运转时（比如，包括未参与 0.87 毫米测试的南极望远镜），其能够分辨低至 13 角秒。
现在的意图是在获取人马座 A*和 M87 中的超大质量黑洞的新图像过程中应用这一突破成果。
“时机正好，正如新的探测结果所证明的那样，推进到 0.87 毫米。”
更高的分辨率不仅会让每个黑洞周围的光子环图像变得更清晰，还能够更精确地描绘出它们的形状和大小，进而更准确地估算黑洞的自旋速率以及与我们的角度。
这或许能为黑洞的磁场如何产生几乎以光速移动并延伸到数千光年之深的太空的喷流提供更多答案。
除了如今能够在更短的波长下运作之外，还有针对事件视界望远镜（EHT）的重大修改计划，该计划被称为“下一代 EHT”，简称“ngEHT”。这将在世界各地的优选位置为现有的 EHT 基础设施增添新的望远镜，以提供最大的基线和灵敏度，同时改进合作现有成员的探测器设施，以便他们能够同时在 3 毫米至 0.87 毫米之间的多个波长对黑洞进行观测。
总的来讲，下一代 EHT 预计会将黑洞图像的清晰度提升 10 倍，甚至有可能制作出高分辨率的影片，来展示随着黑洞旋转以及从周边的空间吸积更多物质，黑洞事件视界周围的光子环随时间发生的变化。
“在 0.87 毫米处的这些甚长基线干涉测量（VLBI）信号检测具有开创性意义，因为它们为超大质量黑洞的研究打开了一个新的观测窗口，”德国马克斯·普朗克射电天文研究所的托马斯·克里希鲍姆在欧洲南方天文台发布的声明中表示。
这项具有开创性的甚长基线干涉测量（Very Long Baseline Interferometry）实验的结果于 8 月 27 日发表在《天文期刊》上。 空格