在银河系深处，奇异的事情正在发生。在这个地方，恒星以接近光速的可观速度绕着明显的空旷空间飞驰。长期以来，科学家们一直认为只有超大质量黑洞才能解释恒星的运动，但直到最近，他们才犹豫着直言不讳。例如，当天文学家莱因哈德·根泽尔和安德烈娅·盖兹分享了 2020 年诺贝尔物理学奖的一部分时，他们的引文明确指出，他们因“发现我们星系中心的超大质量致密天体”而获奖，而不是揭示了一个“黑洞”。这个天体被称为人马座 A*（“人马座 A 星”）。
然而，在 2022 年，事件视界望远镜 (EHT) 背后的天文学家通过公开银河系中心超大质量黑洞的首张图像解决了这个问题。这不是该合作组织捕捉到的第一张黑洞照片——那是 2019 年 4 月公布的标志性 M87* 图像。但这是他们最想要的图像。人马座 A* 是我们自己的私人超大质量黑洞，是我们星系围绕其旋转的静止点。
黑洞会捕获所有落入其中的物质，包括光，因此在某种意义上，它们是看不见的。但是，它们会严重扭曲周围的时空，以至于当它们被发光的物质流照亮时，这些物质流在它们的引力作用下被撕裂，它们会投下“阴影”。阴影大约是黑洞事件视界（时空边界，任何穿过它的东西都无法返回）的两倍半大。
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EHT 通过使用一种称为甚长基线干涉测量 (VLBI) 的技术捕捉到了这个阴影的图像，该技术结合了多个大陆上的射电天文台，形成了一个虚拟的地球大小的望远镜，这是一种在整个天文学中分辨率最高的仪器。2017 年 4 月，EHT 合作组织花费了几个晚上将该虚拟仪器对准人马座 A* 和其他超大质量黑洞。然后，科学家们花费数年时间分析原始数据并将其转换为图像。
花费如此长时间的部分原因是 COVID 大流行对全球的破坏。但更大的挑战是人马座 A* 不断变化。该天文台之前的目标 M87*，即位于星系 Messier 87 (M87) 中心的黑洞，非常巨大，以至于围绕它旋转的物质需要数小时才能完成一个完整的轨道。实际上，这意味着您可以长时间盯着它看，它几乎不会发生变化。人马座 A* 的质量不到 M87* 的千分之一，因此它的外观变化速度快约 1000 倍，因为物质在更紧密、更快的轨道上围绕黑洞移动。加州理工学院计算机科学家兼天文学家凯蒂·布曼是 EHT 成像工作组的联合负责人，她说物质围绕人马座 A* 旋转得如此之快，以至于它“每分钟都在变化”。想象一下拍摄一颗高速子弹的延时照片——这并不容易。
如果说人马座 A* 的变化无常使其难以观测，那么它也使其成为理解黑洞和爱因斯坦广义相对论（他备受推崇的引力理论）的理想实验室。通过数十年来使用各种望远镜的研究，天文学家已经非常准确地了解了人马座 A* 的基本测量数据（其质量、直径以及与地球的距离）。现在，他们终于获得了观察其演化的能力——观察它吞噬爆发、闪烁的物质流——实时观察。
凯蒂·皮克；来源：鲍勃·本杰明，威斯康星大学白水分校（银河系结构）
早在 20 世纪 60 年代初期，科学家们就开始怀疑银河系中心潜伏着一个黑洞，不久之后就发现了活动星系核——一些遥远星系核心的极亮区域，被贪婪吞噬的超大质量黑洞照亮。从我们在地球上的角度来看，活动星系核已成为过去——我们只能在遥远而古老的宇宙中看到它们。它们都去哪儿了？1969 年，英国天体物理学家唐纳德·林登-贝尔认为它们并没有去任何地方。相反，他说，它们只是睡着了。他预测，休眠的超大质量黑洞在我们周围几乎所有旋涡星系的中心沉睡，包括我们自己的星系。
1974 年，美国天文学家布鲁斯·巴利克和罗伯特·布朗在西弗吉尼亚州绿岸用射电望远镜对准银河系中心，发现了一个昏暗的光点，他们怀疑这是我们星系的中心黑洞。他们在天空中被称为人马座 A 的一片区域中发现了它，该区域位于人马座星座内。来自新源的辐射正在照亮——或“激发”——周围的氢气云。布朗借鉴了原子物理学的命名法，其中激发态原子用星号标记，并将新发现的光点命名为人马座 A*。
在接下来的二十年里，射电天文学家不断改进他们对人马座 A* 的观测，但他们受到缺乏合适的望远镜、相对笨拙的技术（想想卷盘式磁带）以及观察拥挤的银河系中心的固有困难的限制。
人马座 A* 被多层面纱遮盖。第一层是银河平面——27,000 光年的恒星、气体和尘埃，它们阻挡了可见光。无线电波可以不受阻碍地穿过银河平面，但它们被面纱的第二层——散射屏（空间中湍流的区域，星际介质中的密度变化使无线电波略微偏离航向）所遮蔽。最后一层遮蔽人马座 A* 的是黑洞本身周围的下落物质。透过这道屏障窥视有点像剥洋葱皮。外层物质发出波长较长的光——与 VLBI 传统上使用的波长相同。使 VLBI 能够与波长较短的光一起工作将使人们能够更近距离地观察接近黑洞事件视界的景象，但这在技术上是一个重大挑战。
一段时间以来，除了 VLBI 之外，使用其他技术的天文学家取得了更大的成功，稳步收集间接证据，证明人马座 A* 的“光点”实际上是一个沸腾的超大质量黑洞。在 20 世纪 80 年代，物理学家查尔斯·汤斯和他的同事表明，银河系中心的气体云的运动方式只有在受到某种巨大的、看不见的引力质量的影响下才能解释得通。在 20 世纪 90 年代，盖兹和根泽尔各自开始跟踪银河系中心巨型蓝色恒星的轨道，绘制它们围绕一个沉重但隐藏的枢轴点运动的轨迹。
与此同时，射电天文学家的状况有所改善。在 20 世纪 90 年代末和 21 世纪初，新一代短波射电望远镜开始上线——这些望远镜如果配备大量定制设备，就可以参与 VLBI 在微波频率下的观测，而微波频率被认为是从人马座 A* 阴影边缘发出的。与此同时，导致固态硬盘和每个人口袋里的智能手机的计算革命极大地增加了射电望远镜网络中每个天文台可以记录和处理的数据量。
2007 年，EHT 的一个小型前身利用了这些趋势，并使用夏威夷、加利福尼亚州和亚利桑那州的三架望远镜穿透了人马座 A* 周围的面纱。结果远非图像，但该项目看到了一些东西——据推测，是来自长期寻求的阴影的光。
关于黑洞阴影的第一个预测出现在 1973 年，当时物理学家詹姆斯·巴丁表明，明亮背景前面的黑洞会产生轮廓。他断定“似乎没有希望观察到这种效应”。然而，在 2000 年，天体物理学家海诺·法尔克、富尔维奥·梅利亚和埃里克·阿戈尔证明，一台收集微波的地球大小的射电望远镜应该能够看到人马座 A* 的阴影。
十年后的某个时候，几十位在这个默默无闻的天文学领域辛勤工作的天文学家和天体物理学家就建立一个虚拟的行星尺度射电望远镜来观察该阴影的正式目标达成一致。该项目的第一次正式启动会议于 2012 年 1 月举行，事件视界望远镜由此诞生。
五年后，EHT 发展成为一个由 200 多名科学家组成的合作组织，在全球拥有 8 个参与观测站，EHT 首次真实地尝试观测人马座 A* 的阴影。在 2017 年 4 月的 10 天里，北美、南美、夏威夷、欧洲和南极洲的望远镜共同放大银河系中心和其他黑洞，收集了 65 小时的数据，这些数据存储在 1,024 个 8 TB 的硬盘驱动器中，然后运往马萨诸塞州和德国的超级计算机库进行关联。五年后，欣喜若狂的 EHT 研究人员向世界展示了他们的实验成功了。
凯蒂·皮克（图形叠加）；埃洛伊·奥梅拉/盖蒂图片社（银河系照片）
在 EHT 合作组织公布人马座 A* 图像的当天，《天体物理学杂志快报》出版了一期专门介绍新成果的专刊。在六篇技术论文中，科学家们展示了我们黑洞的多维肖像。
EHT 图像证实了基本知识。我们早就知道人马座 A* 距离我们约 27,000 光年。多年来，通过红外望远镜跟踪人马座 A* 周围恒星的轨道，天文学家已经准确测量了黑洞的质量——大约相当于四百万个太阳。将这两个数字（距离和质量）代入从广义相对论得出的方程中，您就可以计算出黑洞阴影的预期大小。果然，图像与预测相符。阴影的直径为 52 微角秒，这意味着对于我们地球上的人来说，用天文学家的话来说，它的大小相当于“月球上的甜甜圈”。在看到人马座 A* 和 M87*（质量相差三个数量级的黑洞）的阴影后，科学家们得出结论，这种现象是“黑洞的普遍特征”。
EHT 的观测结果，结合钱德拉和 Nu-STAR X 射线望远镜以及其他仪器的同步监测，开始解决关于人马座 A* 环境的长期存在的问题。通过测量从天体发出的光的谱——也就是说，将光分解成其组成频率——天文学家很久以前就确定，围绕黑洞旋转的物质是由电子和质子组成的弥散气体。我们现在对这些物质的来源有了更好的了解。来自钱德拉 X 射线望远镜的观测表明，黑洞从围绕其旋转的恒星大气层中吸取物质。并非吸取很多。人马座 A* 处于饥饿状态——黑洞引力捕获的物质中，只有不到 1% 能到达事件视界。这解释了为什么黑洞如此昏暗。尽管人马座 A* 的质量是太阳的四百万倍，但亮度只有太阳的 100 倍。
它并非总是如此微弱。似乎早在 60 或 70 年前，人马座 A* 就经历了一场饕餮盛宴，一次活跃爆发留下了“光回声”——光线从附近的尘埃和气体云层反射回来——天文学家已经用 X 射线望远镜探测到了这些光回声。它仍然有活跃的时刻。2017 年 4 月 11 日，人马座 A* 发射出明亮的 X 射线耀斑。最有可能的原因是围绕黑洞旋转的物质内部磁场的扭曲和重组——与我们自身恒星中引起太阳耀斑的基本动力相同。直接观测这些耀斑是未来活动的主要目标。
关于人马座 A* 还有很多东西需要了解。例如，EHT 的观测结果表明，与太空中的其他一切事物一样，黑洞也在旋转——但我们不知道它旋转得有多快。未来的观测还旨在精确展示黑洞如何吞噬下落的物质，并有望制作黑洞随时间演化的电影。
首张人马座 A* 的 EHT 图片仅仅是开始，但它确实告诉我们该天体不是什么。独特阴影的存在意味着人马座 A* 具有事件视界——黑洞的定义特征。这意味着我们终于知道它不是一颗真正、真正、真正致密的恒星，也不是虫洞，也不是裸奇点（一个无限密度点，没有事件视界遮蔽），也不是理论家多年来提出的任何其他奇异的奇特事物。它只不过是一个超大质量黑洞——仍然是一个非常奇怪的东西——现在呈现在眼前，更接近揭示它的秘密。