在科學領域，沒有什麼時刻比一個長期存在的理論預測即將迎來第一次觀測或實驗結果更令人興奮的了。本世紀初，大型強子對撞機揭示了希格斯玻色子的存在，這是標準模型中最後一個未被發現的基本粒子。幾年前，LIGO合作直接探測到了引力波，證實了長期以來愛因斯坦廣義相對論的預測。
視界望遠鏡已經發布一項備受期待的公告，預計將釋出第一張黑洞視界的影象。在21世紀10年代初，這樣的觀測在技術上是不可能的。然而現在我們不僅將看到黑洞的實際樣子，而且還將測試空間、時間和重力的一些基本屬性。
如果你想拍下宇宙中的任何一個物體，你必須解決以下兩個問題:
你必須收集足夠的光線才能看到你的目標，並在儀器的背景噪音和目標附近的其他物體的背景噪音下顯示出它的細節。
你需要足夠的解析度(或分辨能力)來揭示你所觀察的物體的結構，否則僅僅一個畫素就能限制你所有的資料。
因此，如果你想拍下黑洞的視界，你不但需要收集足夠的光，使黑洞周圍的輻射在其他環境中突出來，還需要探測比視界本身的直徑更窄的角度尺度。
到目前為止，2018年早些時候，兩個可能的理論模型都可以成功地符合視界望遠鏡的資料。兩者都顯示了一個偏離中心的、不對稱的視界，它比史瓦西半徑更大，與愛因斯坦廣義相對論的預測一致。完整的影象尚未向公眾公佈，但預計將在2019年的幾天內公佈。(R.-S。LU等，APJ 859, 1)
要做到這兩點，我們唯一能做的就是用一個巨大的超靈敏的射電望遠鏡陣列來觀察從地球上可以看到的最大的黑洞。你的黑洞質量越大，它的視界的直徑就會越大，但它會根據它的距離而顯得更小。這意味著最大的黑洞將是位於銀河系中心的超大質量的人馬座A*，而第二大黑洞將是位於M87星系中心的超大質量黑洞，距離銀河系大約6千萬光年。
而單碟射電望遠鏡也許能夠探測到其中任何一個的輻射發射。雖然它們有足夠的聚光能力——但它們無法解決視界問題。但利用望遠鏡陣列同時觀測目標可以解決這個問題
從地球的一個半球的不同望遠鏡的視角，有助於提高視界望遠鏡的成像能力。從2011年到2017年(尤其是2017年)的資料應該能讓我們現在構建出人馬座A*的影象，也可以構造M87中心的黑洞的影象。(APEX, IRAM, G. NARAYANAN, J. MCMAHON, JCMT/JAC, S. HOSTLER, D. HARVEY, ESO/C. MALIN)
黑洞周圍應該是正在被緩慢吞噬的物質。這些物質將散佈在黑洞的外部，旋轉，加熱，並在墜入時發射輻射。這種輻射應該來自光譜中的無線電部分，並且可以透過足夠靈敏的望遠鏡陣列觀測到。Event Horizon Telescope (EHT)正是我們所需要的無線電陣列——由於南美的ALMA的加入，它取得了最驚人的進展——不僅可以收集無線電資訊，還可以獲得超高的解析度。EHT由幾十個單獨的碟形體組成，這些碟形體具有足夠的集光能力來揭示黑洞周圍的輻射，碟形體之間的距離提供了必要的解析度來成像黑洞的視界。
阿塔卡馬大毫米/亞毫米陣列，拍攝了我們頭頂的麥哲倫星雲。作為ALMA的一部分，大量緊密相連的碟有助於建立許多最詳細的區域影象，而少量距離較遠的碟則有助於在最明亮的位置獲取細節。ALMA加入到事件視界望遠鏡中使構建事件視界影象成為可能。(ESO/C. MALIN)
我們以前用過這種技術，長基線干涉測量法，來揭示即使是巨大的單碟望遠鏡也看不見的細節。只要你試圖觀察的特徵足夠明亮並且在你使用的同時在進行觀察的望遠鏡中顯現出來，你就可以獲得對應於望遠鏡之間距離的成像解析度，而不是單個望遠鏡本身的直徑。
木星的衛星木衛一及其噴發的火山洛基和貝利被木衛二所掩蓋，在這張紅外影象中是看不見的。GMT將提供顯著增強的解析度和成像。(LBTO)
最引人注目的是，迄今為止，望遠鏡陣列已經被用來拍攝木星的衛星伊奧表面的火山噴發，即使是在伊奧落入另一顆木星衛星的陰影時。
EHT使用完全相同的概念來探測來自黑洞周圍的輻射，利用地球的最大的角直徑。以下是我們準備在第一張圖片釋出時需要了解的6件事。
在這裡模擬的銀河系中心的黑洞，是從地球的角度所看到的最大的黑洞。視界望遠鏡將於2019年4月10日公佈黑洞中心視界的第一張影象，而M87中心的視界，第二大黑洞，也可以透過這項技術觀測到。白色的圓代表了黑洞的史瓦西半徑，而黑暗區域由於其周圍軌道的不穩定性應該是沒有發射的。(UTE KRAUS, PHYSICS EDUCATION GROUP KRAUS, UNIVERSITÄT HILDESHEIM; BACKGROUND: AXEL MELLINGER)
黑洞的大小是否符合廣義相對論的預測?根據愛因斯坦的理論,根據測量到的銀河系中心黑洞的引力質量，事件視界本身的直徑應為11微弧秒（μas），但是在37μas以內應該不會有輻射，因為在那個角直徑之內的物質，會迅速地螺旋狀地朝向奇點。在解析度為15μas的情況下，EHT應該能夠看到地平線，並測量其大小是否與我們的預測相符。這將是對廣義相對論的一次極好的測試。吸積盤的方向，無論是正面的(左邊兩個面板)還是側面的(右邊兩個面板)，都可以極大地改變黑洞在我們看來的樣子。(‘TOWARD THE EVENT HORIZON — THE SUPERMASSIVE BLACK HOLE IN THE GALACTIC CENTER’, CLASS. QUANTUM GRAV., FALCKE & MARKOFF (2013))
2）吸積盤是與黑洞、宿主星系對齊，還是隨機排列?我們之前從未觀測過吸積盤，事實上，關於黑洞周圍物質的方向，我們唯一能找到的跡象來自於以下情況:
我們可以從黑洞中探測到一種噴射，或者是周圍區域的輻射。但這些觀察結果都不能代替直接的測量。當這些影象出來時，EHT應該能夠告訴我們吸積盤是在側面，正面，還是在任何其他方向。模擬事件視界望遠鏡表明一些可能的黑洞事件視界的輪廓訊號。
(HIGH-ANGULAR-RESOLUTION AND HIGH-SENSITIVITY SCIENCE ENABLED BY BEAMFORMED ALMA, V. FISH ET AL., ARXIV:1309.3519)
黑洞的視界是像預測的那樣是圓形的，還是有不同的形狀?儘管所有真實的物理黑洞都有一定程度的自旋，但據預測，視界的形狀與完美球體的形狀難以區分。但是其他的形狀是可能的。有些物體在旋轉時會沿著赤道凸起，形成一種被稱為扁球的形狀，比如地球。另一些則沿著它們的旋轉軸爬行，形成一個類似足球的形狀，被稱為長橢球體。如果廣義相對論是正確的，那麼一個球體就是我們所預期的，但是沒有什麼能代替我們自己進行批判性的觀察。4月10日圖片出來後，我們應該會有答案。在廣義相對論中進行了五種不同的模擬，使用了黑洞吸積盤的磁鈴動力學模型，以及無線電訊號的結果。請注意所有預期結果中事件視界的清晰特徵，但也要注意它們根據湍流、磁場強度等細節呈現的不同。(GRMHD SIMULATIONS OF VISIBILITY AMPLITUDE VARIABILITY FOR EVENT HORIZON TELESCOPE IMAGES OF SGR A*, L. MEDEIROS ET AL., ARXIV:1601.06799)
黑洞為什麼會耀斑?當黑洞處於非燃光狀態時，我們預期會在視界周圍出現一些特定的訊號。但是，當黑洞爆發時，它周圍的輻射會呈現出不同的特徵。但是這些輻射會是什麼樣的呢?是否會有湍流的特徵一直出現在磁碟上?是否會有“熱點”，如預測的那樣，在燃燒階段最明顯?如果我們幸運地看到了其中的任何一個特徵，我們就可以透過觀察黑洞周圍的無線電輻射擴充套件來了解黑洞為什麼會耀斑。根據這些觀察，我們還應該瞭解關於這些黑洞周圍磁場強度的額外資訊。
從地球上看到的第二大黑洞，位於M87星系中心，在三張圖中顯示出來。儘管它有66億個太陽的質量，但它比人馬座A*還要遠2000多倍。EHT或許能或不能解決它，但如果宇宙是仁慈的（我們比較幸運），我們不僅能得到影象，還能瞭解x射線發射是否能給我們提供黑洞質量的準確估計。(TOP, OPTICAL, HUBBLE SPACE TELESCOPE / NASA / WIKISKY; LOWER LEFT, RADIO, NRAO / VERY LARGE ARRAY (VLA); LOWER RIGHT, X-RAY, NASA / CHANDRA X-RAY TELESCOPE)
黑洞質量的x射線估計值是否偏低?目前，有兩種方法來推斷黑洞的質量:透過測量它對圍繞它執行的恆星(和其他物體)的引力效應，以及透過圍繞它執行的氣體(x射線)發射。我們可以很容易地對大多數黑洞進行基於氣體的測量，包括銀河系中心的那個黑洞，它的質量大約為250萬到270萬太陽質量。但重力測量要直接得多，儘管是一個更大的觀測挑戰。儘管如此，我們還是在自己的星系中這樣做了，並推斷出一個質量約為400萬太陽質量的星系:大約比x射線觀測所顯示的質量高出50%。我們完全期望這將是我們測量的視界的大小。如果對M87的測量顯示了比x射線發射所顯示的更高的值，我們可以知道x射線的估計是系統的低，這表明有新的天體物理學(但不是新的基礎物理學)在起作用。
在銀河系核心的超大質量黑洞附近發現了大量恆星。除了我們發現的這些恆星、氣體和塵埃，我們預計在距離人馬座a *數光年的距離內，還會有超過1萬個黑洞，但直到2018年早些時候，對它們的探測才被證明是困難的。解決中心黑洞的問題是一項只有視界望遠鏡才能完成的任務，而且還可能探測到它隨時間的運動。(S. SAKAI / A. GHEZ / W.M. KECK OBSERVATORY / UCLA GALACTIC CENTER GROUP)
我們能看到黑洞像預測的那樣隨著時間“抖動”嗎?這個可能不會馬上出來，特別是如果我們從這些最初的觀測中得到的只是一個或兩個黑洞的單一影象。但是EHT的科學目標之一是觀察黑洞是如何隨著時間演變的，這意味著他們計劃在不同的時間拍攝多個影象，然後重新構建這些黑洞的影像。由於恆星和其他物質的存在，隨著時間的推移，由於引力的作用，黑洞的明顯位置會發生顯著變化。儘管觀測一個黑洞相當大的移動可能需要數年時間，但我們擁有的資料是在很長一段時間內獲得的。在星系中心，透過eht成像的黑洞可能會開始表現出這種抖動的跡象:宇宙中的布朗運動。
位於我們星系中心的超大質量黑洞人馬座A*，只要物質被吞噬，就會發出明亮的x射線。在其他波長的光線中，從紅外線到無線電，我們可以看到星系最內部的單個恆星。
假設EHT公佈了一張銀河系中心的黑洞影象，那麼創造第一張黑洞影象的關鍵觀測資料是在整整兩年前的完成的。我們花了這麼長的時間來分析、清理、切割、調整和合成全套資料，相當於27PB的關鍵觀測資料。(儘管只有大約15%的資料是相關的和可用的，用於構建影象。)東部時間4月10日上午9點(太平洋時間上午6點)，EHT合作組織將舉行新聞釋出會，預計在會上他們將釋出第一張視界的影象，有可能這些問題中的許多——甚至可能全部——將得到解答。無論結果如何，這都是物理學和天體物理學向前邁出的里程碑式的一步，並開創了一個科學的新時代:直接測試和黑洞視界本身的影象!
FY: 螞蟻_MYD