當我們仰望星空時，我們的太陽系似乎只是銀河系中微不足道的一粒塵埃，而銀河系又只是宇宙中無數星系中的乙個。 在這個浩瀚的宇宙中，有沒有我們無法想象的東西，比如黑洞？
黑洞是一種極端的天體，其引力如此之強，以至於周圍的時間和空間都扭曲了。 一旦進入黑洞，就無法逃逸，甚至連光都沒有。 黑洞就像乙個無底洞，吞噬一切，不留痕跡。
我們的星球可能處於黑洞中。 這聽起來很荒謬，但有一種理論認為這是可能的。 這個理論被稱為施瓦茨柴爾德宇宙學，認為我們的宇宙現在正在乙個屬於母宇宙的黑洞內膨脹。 從理論上講，這種情況意味著宇宙可以像俄羅斯套娃一樣存在於宇宙中，並且穿越黑洞——這是一項可能不可能的壯舉，因為即使是光也無法逆行——將解鎖未知的領域。
這個理論的基礎是愛因斯坦的廣義相對論。 廣義相對論是一種描述引力的理論，它告訴我們引力實際上是由質量向時空彎曲引起的。 質量越密集，引力就越強，這將使時空更加彎曲。 如果質量足夠大，時空就會彎曲到極致，形成黑洞。
黑洞的邊界稱為事件視界。 在事件視界內，時空彎曲超過光速，因此任何物質或輻射都無法逃脫。 在事件視界之外，時空彎曲到光速以下，因此物質或輻射有可能逃逸。 事件視界的半徑，稱為史瓦西半徑，與黑洞的質量成正比。 黑洞的質量越大，史瓦西半徑越大，事件視界越大。
黑洞有乙個中心，稱為奇點。 在奇點處，時空彎曲到無窮大，物理定律失去了意義。 奇點是乙個難以理解的概念，它是黑洞的核心，也是宇宙的奧秘。
黑洞的存在是通過數學和物理學推導出來的。 但黑洞真的存在嗎？我們能觀測到黑洞嗎？
答案是肯定的。 雖然黑洞不發光，但它可以通過對周圍物質和輻射的影響暴露自己。 當黑洞吞噬附近的恆星或氣體時，它們會形成乙個旋轉的吸積盤，由於摩擦和壓力而發出強烈的電磁輻射，尤其是X射線。 這些輻射可以被我們的望遠鏡探測到，揭示黑洞的位置和特徵。
通過這種方法，天文學家在許多雙星系統中發現了黑洞的候選者，這些雙星系統的質量大約是太陽的幾到幾十倍，被稱為恆星質量黑洞。 這些黑洞可能是由恆星在其生命結束時的坍縮形成的。
除了恆星質量的黑洞外，還有一種更大的黑洞，稱為超大質量黑洞。 這些黑洞的質量大約是太陽的100萬到100億倍，它們存在於大多數星系的中心。 這些黑洞可能是由多個小黑洞合併或大量恆星和氣體吞噬形成的。
超大質量黑洞對星系的演化有重要影響。 它們可以通過引力和輻射調節星系中物質和能量的分布來影響星系中恆星的形成和死亡。 它們還可以通過吞噬或與其他黑洞合併來增加質量，從而改變星系的結構和動力學。
超大質量黑洞是宇宙中最強大的引力源，它們可以產生強大的引力波。 引力波是由加速運動的質量在時空中產生的漣漪，它們可以攜帶有關黑洞的資訊，讓我們更好地了解黑洞的性質和歷史。
2024年，Ligo科學合作組織和Virgo合作組織宣布首次直接觀測到引力波，這也代表了首次觀測到的黑洞合併。 迄今為止，已經觀測到幾次黑洞合併事件，其中最引人注目的是2024年5月21日觀測到的GW190521事件，該事件是由兩個質量分別為85和66太陽質量的黑洞合併形成的，形成了乙個質量為142太陽質量的黑洞。 這是首次觀測到中等質量黑洞，其質量介於恆星質量黑洞和超大質量黑洞之間，其形成機制尚不清楚，可能與早期宇宙中的恆星或氣體雲有關。
2024年4月10日，人類首次揭開了黑洞的面紗。 這是由八台射電望遠鏡與事件視界望遠鏡專案合作共同觀測到的，它顯示了距離地球5500萬光年的M87星系中心的超大質量黑洞。 黑洞的質量是太陽的65億倍，其史瓦西半徑是太陽的12000倍，相當於整個太陽系的大小。 黑洞的**揭示了黑洞的陰影，它由黑洞的事件視界和周圍的環組成。 這個環是黑洞吸積盤中的熱氣體發出的輻射，在黑洞強大的引力作用下被扭曲放大，形成乙個明亮的環。 這個環大約是黑洞事件視界直徑的五倍，它的形狀和亮度反映了黑洞的質量、旋轉和方向。
這是人類歷史上第一次直接觀測到黑洞的結構，也是對愛因斯坦廣義相對論的重要驗證。 廣義相對論是一種描述引力的理論，它告訴我們引力實際上是由質量向時空彎曲引起的。 黑洞是時空的極端曲率，它的引力非常強大，甚至連光都無法逃脫。 黑洞的影子是黑洞的事件視界，是黑洞的邊界，也是時空的臨界點。 黑洞的光環是黑洞周圍物質發出的輻射，在黑洞的引力作用下被扭曲放大，形成乙個明亮的環。 通過分析黑洞的陰影和光環，我們可以推斷出質量、旋轉、方向、溫度、磁場等引數，還可以檢驗廣義相對論在強引力場下是否成立，是否存在與黑洞相關的新物理現象。
事件視界望遠鏡專案是一項國際科學專案，它利用散布在世界各地的射電望遠鏡，通過超長基線干涉測量，形成乙個孔徑相當於地球直徑的虛擬望遠鏡。 這台虛擬望遠鏡的解像度非常高，足以觀察黑洞事件視界尺度的細節。 事件視界望遠鏡的目標是觀測最接近地球的兩個超大質量黑洞，即銀河系中心的射手座A*和M87星系中心的M87*。
2024年4月，事件視界望遠鏡進行了首次為期10天的全球連線觀測，觀測了兩個黑洞，人馬座A和M87。 由於觀測產生的資料量巨大，無法通過網路傳輸，每個天文台只能將資料儲存在硬碟上，然後郵寄到美國和德國的兩個資料處理中心，超級計算機在那裡進行複雜的計算以合成單個影象。 這個過程花了將近兩年的時間，最終於2024年4月10日向世界揭開了m87*黑洞的面紗。 這是一項歷史性成就，也是人類探索宇宙的新里程碑。
人馬座A黑洞**於2024年5月12日公布，它呈現出乙個更加模糊和不規則的環，這是由於人馬座A黑洞質量較小、自轉速度越快、周圍物質越多、地球大氣層對觀測干擾較大等因素造成的。 人馬座A*黑洞**也證實，它的質量約為太陽的400萬倍，直徑約為6000萬公里，相當於水星的軌道半徑。
事件視界望遠鏡的觀測不僅讓我們瞥見了黑洞的樣子，還讓我們了解了它的物理性質和動力學。 通過分析黑洞的陰影和光環，我們可以推斷出質量、旋轉、方向、溫度、磁場等引數，還可以檢驗廣義相對論在強引力場下是否成立，是否存在與黑洞相關的新物理現象。 事件視界望遠鏡的觀測還揭示了黑洞吸積盤和急流的形成和演化機制，以及它們對周圍環境的影響。 這些都是對黑洞物理學和宇宙學的重要貢獻。