2019年4月10日,全球多地同时公布了一张照片——一圈橙红色的光环,中间是一团漆黑的暗影。这是人类第一次”看见”黑洞,拍它的不是普通相机,是分布在地球上多个射电望远镜组成的阵列,叫事件视界望远镜。画面里的黑洞,是室女座M87星系中心的那个,距地球约5500万光年,质量是太阳的65亿倍。

黑洞是什么,得从引力说起。爱因斯坦的广义相对论给出场方程后,德国人史瓦西最先算出一个解——当一个天体的质量压进一个足够小的半径里,它周围的时空会弯曲到连光都逃不出去。这个半径叫史瓦西半径,边界叫事件视界。进了这道边界,外部再也接收不到它发出的任何信号。事件视界往里,时间被拉伸到极限,物体会被拉长、压扁,这种潮汐力在靠近黑洞时最明显——天文学家观测到过恒星被黑洞撕碎的现象,叫潮汐瓦解事件,那颗恒星在被吸积盘吞进去之前,先被拉成一道长长的物质流。
7年多过去,那张照片上的黑洞又有新消息。2026年7月,中国科学院上海天文台研究员路如森、助理研究员赵杉杉团队领衔,拿到了M87黑洞的事件视界尺度空间分辨谱指数图像——通俗点说,是给黑洞做了一次高精度的”空间光谱体检”。相关论文发表在《天体物理学杂志通讯》。研究揭示了谱指数随着与黑洞中心距离变化的规律,团队的表述是,学界正从”看见黑洞”走向”读懂黑洞”。

谱指数图像不是一张普通照片,它把黑洞周围不同位置的光谱信息一一拆开,像体检报告一样标出每个区域的数据。M87黑洞周围那圈发光的物质盘,不同位置的辐射特征不一样,越靠近中心,变化越明显。这些数据以前藏在首张照片的”橙色光环”里看不出来,如今被单独拎了出来,成了人类首张空间分辨的黑洞事件视界尺度谱指数图像。拍黑洞那张照片的原理,用的是甚长基线干涉测量。把分布在全球不同地点的射电望远镜连成一个等效口径接近地球直径的大望远镜,才能分辨出M87中心那么小的区域。事件视界望远镜项目里有中国大陆的机构参与,中科院上海天文台负责过数据处理的一部分工作。2026年那张谱指数图像,正是基于同一批观测数据,用新的算法把光谱信息拆出来的。
黑洞的来历,跟恒星有关。大质量恒星燃尽燃料后,核心失去支撑,会在一瞬间向内坍缩。够大的恒星,坍缩后引力把一切压进奇点,外面留下一道事件视界。恒星坍缩有个临界点叫钱德拉塞卡极限,约太阳质量的1.4倍——低于这个极限的天体坍缩成白矮星,超过这个极限的,有的变成中子星,质量再大,引力压过一切,就收进黑洞。中子星和黑洞之间,没有中间态。银河系里这样的恒星黑洞不算罕见,科学家已确认过不少。另有一类超大质量黑洞,质量从几百万倍到几十亿倍太阳质量不等,像M87中心这个,长在星系核心,周围吸积盘里的物质被拉向中心,边转边下落,摩擦产生的高温让这圈物质发出光。

离我们最近的一类,在银河系中心,叫人马座A*,质量约太阳的430万倍。2022年,事件视界望远镜给它也拍了一张照片,画面和M87那个相似——一圈亮环裹着中央暗影。两个黑洞的照片摆在一起,天文学家的结论是,不同质量的黑洞,事件视界周围的气体行为规律一致,这为黑洞理论补了一块观测拼图。
黑洞不只会吞东西。1974年霍金提出,黑洞会通过霍金辐射缓慢释放能量,理论上时间足够长,黑洞也会蒸发。引力波是另一种探测方式——2015年,LIGO首次探测到两个黑洞合并产生的引力波,之后这类探测记录越攒越多。NASA的韦布望远镜这两年还在找一种叫”黑洞星”的天体——早期宇宙里被致密气体壳包裹、正在快速增长的黑洞,2026年观测到多个独立光谱指标支持这个猜想,那颗被标记为”小红点”的天体,黑洞质量约5000万倍太阳质量,占到整个天体质量的三分之二。
从2019年那张橙色光环,到2026年的谱指数图像,人类对黑洞的认识,从”看见轮廓”往”读懂细节”走了一步。M87中心那个65亿倍太阳质量的黑洞,周围每一点光谱数据还在被持续解析。下一张更清楚的照片、下一份更完整的”体检报告”,都在路上。