科學家們即將揭開黑洞的真面目。

難以置信地緻密、深邃和強大，黑洞體現了物理的極限。沒有什麼東西可以逃離黑洞，就連光也不行。

雖然黑洞激發了人們的想像，比如其他的一些科學概念，但實際上，沒有哪位天文學家真的見過黑洞。可以說，我們“聽到”過黑洞，科學家已經記錄了幾十億年前黑洞彼此碰撞所產生的引力波（時空漣漪）。

你見過的那些扭曲時空的黑洞照片其實全是藝術插圖。比如這一張：

這種情況可能很快將改變。目前，一個叫做“事件視界望遠鏡”的國際專案正在整合歷史上第一幅真正的黑洞影像。如果成功，這將是一個了不起的成就。由於黑洞的質量太大，近距離觀察它們的難度超乎想象。

大質量恆星自我塌縮，產生一個強大的引力區域，就連光也無法逃脫，這時黑洞便誕生了。天文學家推測，一些黑洞可能形成於大爆炸後混亂的早期宇宙。

想要看到黑洞，最大的問題在於，哪怕是超大質量黑洞（比太陽重幾百萬倍）也相對較小。

“天空中最大的黑洞是位於銀河系中央的那個黑洞。”亞利桑那大學天體物理學家迪米特里奧斯·帕薩提斯（Dimitrios Psaltis）說，“拍攝黑洞的照片相當於拍攝月亮表面上一張DVD光碟的照片。”

而且，由於擁有強大的引力，黑洞往往被其他的明亮物質所包圍，很難看到黑洞本身。

因此，在尋找黑洞時，天文學家一般不是直接觀察，而是尋找黑洞引力和輻射效應的跡象。

“我們通常測量似乎圍繞天空中暗‘點’旋轉的恆星和氣體的軌道，測量那個暗點的質量有多大。”帕薩提斯說，“如果我們知道的所有其他天體都不可能達到那樣的質量和黑暗程度，我們就認為這是那裡存在一個黑洞的有力證據。”

最好的一些黑洞間接影像來自於錢德拉X射線天文臺。“黑洞物質的摩擦和高速運動會產生X射線。”美國宇航局（NASA）天體物理學家、錢德拉X射線天文臺通訊專家彼得·艾德蒙德斯（Peter Edmonds）說。錢德拉X射線天文臺的太空望遠鏡經過特別設計，專門用來觀察那些X射線。

例如，錢德拉X射線天文臺記錄了2600萬光年之外兩個星系合併所產生的X射線暴。天體物理學家猜測，這些X射線暴來自於一個大質量黑洞：

同樣，下圖的紫紅色斑點是劇烈的X射線輻射區域，被認為是兩個星系（藍色和粉色環）碰撞時形成的黑洞：

以下是英仙座星系群中心區域發出的X射線和聲波，這是更加間接的黑洞證據：

在以下這個GIF圖中，錢德拉X射線天文臺望遠鏡觀測到了銀河系中央那個黑洞發出的最大X射線耀斑。

以下是那個X射線耀斑的放大圖。

以下這張合成圖（結合了哈勃望遠鏡和一架射電望遠鏡的資料）顯示了從武仙座A星系中心噴射出的能量和物質流。這些噴流的速度接近光速，證明了黑洞的強大破壞力。

下圖中的噴流被認為來自於半人馬座A星系中心的那個黑洞。人馬座A星系距離我們有1300萬光年。這些噴流比該星系本身還要長。

我們看不見黑洞，但我們能觀察黑洞對其周圍天體的引力效應。以下是這方面的一個炫酷動畫。

這是為期20年的資料，動畫中的恆星位於銀河系中央的那個超大質量黑洞周圍，該黑洞被稱為“人馬座A”。沒錯，那些恆星（其中一些的質量是太陽的很多倍）圍繞著該黑洞旋轉。

動畫中用黃線標示的S2恆星，其質量是太陽的15倍左右。這很大，但根本無法與人馬座A黑洞相比。據估計，那個黑洞的質量大約是太陽的400萬倍，它產生的引力使S2每小時沿軌道執行大約1770萬公里，是地球繞太陽公轉速度的200倍（S2需要16個地球年才能走完一圈）。

我們還沒有直接觀察到人馬座A黑洞，但科學家猜測它就在那裡，因為除此之外無法解釋那些恆星的執行軌道。

“這些軌道以及開普勒定律的簡單應用，為那裡存在一個超大質量黑洞的觀點提供了目前為止最有力的證據。該黑洞的質量是太陽的400萬倍。”製作上述動畫的加州大學洛杉磯分校銀河系中心組解釋道。

以下是同一現象的另一個影片。該影片包含了歐洲南方天文臺16年的觀測資料。這不是動畫，而是恆星的真正影像，加速3200萬倍。它們圍繞著一個神秘的空白中心“跳舞”。

兩個黑洞碰撞時，會釋放出巨大的引力波。

就像聲波擾亂空氣產生噪音一樣，引力波擾亂時空，拉扯物質，彷彿物質存在於一面哈哈鏡中。如果巨大的引力波經過你身邊，你會發現你的一隻手臂變得比另一隻更長。如果你的兩隻手上各戴著一塊表，你會發現兩塊表的時間不同步。

兩個黑洞碰撞時，會釋放出巨大的引力波。但到了14億年後抵達地球的時候，這些引力波已經變得非常微弱（就像石子落入池塘中激起的漣漪會隨著距離的擴大而變得越來越小）。

但在過去幾年裡，科學家已經可以利用LIGO和VIRGO聽到這些漣漪。LIGO和VIRGO是能夠探測這些微弱時空漣漪的大型全球實驗。

由於LIGO發現的引力波的頻率與我們能聽到的頻率範圍相若，所以科學家可以把它們轉換成聲音（但不是引力波的聲音，而是代表那些資料的音訊，引力波不會在真空中產生任何聲音）。

由於銀河系中央的人馬座A黑洞相對較小，並且被非常多的阻隔物質包圍，因此需要一架很大的望遠鏡去觀測它。按照《自然》雜誌的說法，這架望遠鏡的效能必須比哈勃望遠鏡強大1000倍，這樣才能擁有足夠的解析度進行觀測。

一個叫做“事件視界望遠鏡”的國際專案試圖解決這個問題。傳統的光學望遠鏡用越來越大的鏡面，來觀測宇宙中更小、更遠的物體。事件視界望遠鏡也是如此：它是一個如同整個地球般大小的虛擬望遠鏡。

2017年4月，事件視界望遠鏡團隊把全球多個地方（遠至夏威夷和南極）的射電望遠鏡連線起來，要這些望遠鏡在幾天時間內都對準人馬座A黑洞。該望遠鏡網路是世界各地14個研究機構展開國際合作的成果。

麻省理工學院解釋道，這八架望遠鏡能“數清13000公里之外一個棒球上的針腳”。該望遠鏡陣列產生的資料量很大，透過網路傳輸資料耗時太久，乘坐飛機把每架望遠鏡產生的資料帶到同一個地方集中處理反而更快。

目前，科學家正在整合所有資料。他們希望，最終的影象將呈現出事件視界，也就是黑洞最外層的邊界，光一旦進入就無法逃脫。事件視界可能被吸積盤包圍。吸積盤是明亮的、能量巨大的物質環，圍繞黑洞旋轉。它可能看起來像這樣。

翻譯：于波

校對：其奇

這個是一個好問題，因為大多數都對黑洞很感興趣，也知道黑洞的一些性質。許多人對黑洞的印象就是一般發的那些圖片，但卻不知道我們從沒有真正“看”到黑洞究竟長什麼樣，那些圖片基本都是想象圖。

我們都知道不管是人眼還是天文望遠鏡都需要光，但光無法掙脫黑洞的束縛，也就是說我們根本無法看到黑洞。

但是我們又是如何研究它的呢？要知道任何一個事物都不是孤立的，黑洞也是如此。從最早的數學概念到廣義相對論發表後，德國物理學家史瓦西得到了一個廣義相對論方程的精確解，正式預言了這樣一種天體的存在。我們已經在理論上準備充分了。

隨著物理學家們對廣義相對論認識的加深，以及對各種極端情況下電磁運動的研究，我們現在能很確切的瞭解黑洞及周邊天體的結構，並且能預言出這些結構會導致的種種可觀測效應。

目前對於黑洞的觀測方法廣為認可的有三種:

一、引力效應。

這是顯而易見的一種方法，太陽和地球之間存在引力，但地球卻沒有飛向太陽，而是圍繞著它公轉。黑洞也是如此如果有一個物體在黑洞的“視界”之外，那黑洞對於這個物體就會和太陽對於地球一樣，讓它繞著自己旋轉。所以，如果我們觀測到有許多恆星繞著某個似乎空無一物的區域旋轉，那我們可以肯定的是那個空無一物的區域有一個質量巨大的天體，就大機率是黑洞。

二、引力透鏡。

根據廣義相對論，質量巨大的物體會彎曲周圍的時空。而直接的結果，就是形成一種類似放大鏡的效應。當有黑洞存在於我們和某些遙遠天體之間時，來自遙遠天體的星光會被途中的黑洞彎曲和匯聚。

三、活動星系核。

前面已經說了，絕對孤立的事物是不存在的，所以單獨而孤立的黑洞幾乎是不存在的。黑洞周圍必然或多或少有一些天體供養著它。所以當黑洞“進餐”的時候總會“浪費”一部分，這部分就以射線和粒子被噴射出來，如果噴射的方向剛好是我們觀測的方向，就能夠間接探測到黑洞了。

所以雖然黑洞吞噬一切，包括光，我們仍然可以透過多種方式去研究和探索，並且觀測和感知到它的存在。

黑洞是廣義相對論中的特殊天體，一般我們認為大多數黑洞都是由大質量恆星演化到生命末期經超新星爆炸形成。黑洞名字也是因為它逃逸速度大於光速，連光都逃不出來。所以一般我們是看不見黑洞的。

網上出現的大多數黑洞影象都是模擬的，雖然黑洞是全黑的，但是它的巨大質量和引起時空彎曲效應是實實在在存在的。如下是黑洞的引力透鏡效應模擬圖：經過黑洞周圍的光都會被彎曲變形。

同時用射電望遠鏡也可以觀測到黑洞視界外兩極噴發出X射線柱，但是這些肉眼並不可見。同時位於黑洞旁的一些天體特殊的運動方式也可以讓我們察覺到黑洞的存在。透過種種跡象我們早都已經可以確定黑洞的存在，它們不再是數學公式中的天體了。

黑洞若是吞噬一切那我們是如何感知黑洞的？

在大家的印象中黑洞確實是一個只吞不吐的天體，但事實上黑洞有很多種方式在宇宙中宣示它們的存在，要不然我們怎麼會在銀河系中發現那麼多黑洞呢？

除了Sgr A*之外，銀心附近還有很多X射線異常區域！上圖是錢德拉X射線望遠鏡的主要成果之一，非常明顯我們以X射線異常區域來標定疑似存在黑洞！為什麼黑洞會發出X射線呢？它不是不吐出任何物質的嗎？當然黑洞在某種意義上來說確實不吐，但這些高能X射線是它在吞噬物質時的吸積盤發出的，因為物質在掉落黑洞經過吸積盤到視界的過程中，物質會被撕裂壓縮發出最後的“吶喊”會從紅外輻射開始到可見光最後到高能的X射線，而X射線穿透力最強，可以透過厚厚的塵埃，被錢德拉X射線望遠鏡所觀測到！

這是電子在不同能級下發出的不同波長的電磁波，當然可見光也在這個電磁波譜裡！不過黑洞卻並非只有這個宣示存在，只是這種方式比較容易找到黑洞，另外黑洞超強的引力本身就是一個BUG般的存在，只要角度合適，我們是不可能不會發現的！

這就是天體的引力透鏡效應，當然一些闇弱類天體也會產生類似效果，但黑洞的引力透鏡效果較之其他天體是有明顯的區別的！

來自銀心X射線形成的巨大泡泡，當然這需要在大尺度一下觀測才能看到銀心的如此級別的X射線範圍！當然上圖是模擬出來的，我們並不能在這個角度上看到如此大規模的銀河系全景圖，但事實上我們在黃道面垂直方向上確實可能觀測到！

從以上幾點來看，儘管黑洞是個只吞不吐的吝嗇鬼（霍金輻射儘管理論上存在，但仍未經實際觀測證實），但在到達這個吝嗇鬼的範圍(視界)之前，仍然會有大量的物質逃離黑洞，這就是我們觀測與發現以及研究黑洞的理論基礎！