多年來，科學(xué)家利用多種大型設(shè)備探測黑洞這一“時(shí)空深淵”，韋布空間望遠(yuǎn)鏡在其中發(fā)揮了重要作用。

我們?yōu)楹我^測黑洞？

科學(xué)界普遍認(rèn)為，黑洞是宇宙中最神秘的天體，幾乎所有質(zhì)量都集中在最中心的“奇點(diǎn)”處，其周圍形成一個(gè)強(qiáng)大的引力場，在一定范圍之內(nèi)，連光線都無法逃脫。這意味著黑洞無法在真正意義上被“看到”，但周圍物質(zhì)被吸入黑洞時(shí)會釋放強(qiáng)烈的電磁波，由此暴露黑洞所在。

探測和研究黑洞有助于人們了解宇宙中最早期巨型黑洞的成長機(jī)制、宇宙引力波現(xiàn)象的產(chǎn)生和變化規(guī)律，以及宇宙最初形成及其基本物理規(guī)律。

美國亞利桑那大學(xué)天文學(xué)副教授丹尼爾·馬羅內(nèi)認(rèn)為，黑洞之所以重要，是因?yàn)樗陂L時(shí)間尺度上會影響宇宙演化。但人們并沒有完全了解黑洞如何吞噬物質(zhì)，然后又將其中一部分以接近光速向外噴射，影響其所在星系。黑洞照片不僅為廣義相對論提供新信息，也有助于了解黑洞噴流的形成過程。

美國哈佛大學(xué)物理學(xué)教授安德魯·施特羅明格先前接受記者采訪時(shí)說，黑洞是一個(gè)非?；钴S的地方，那里發(fā)生了很多事。尤其當(dāng)人們將量子力學(xué)效應(yīng)考慮在內(nèi)時(shí)，許多問題依然令人困惑。

我們怎樣觀測黑洞？

根據(jù)理論推算，銀河系中恒星量級的黑洞就有上千萬個(gè)。天文學(xué)界認(rèn)為，許多星系中央都有超大質(zhì)量黑洞。

盡管黑洞無法直接觀測，但人們可以通過黑洞與外界的相互作用來確認(rèn)黑洞的存在。此外，由于黑洞的引力會吸積物質(zhì)到它附近，周圍通常都會環(huán)繞一個(gè)吸積盤。吸積盤非常熱且亮，與黑洞對比明顯，可以通過吸積盤觀測這類黑洞。

人們通常將多種大型設(shè)備組合使用來觀測黑洞。

2019年，人類首次拍下一個(gè)黑洞的照片。這個(gè)黑洞位于室女座一個(gè)巨橢圓星系M87的中心，距離地球5500萬光年，質(zhì)量約為太陽的65億倍。照片展示了一個(gè)中心為黑色的明亮環(huán)狀結(jié)構(gòu)，看上去有點(diǎn)像甜甜圈，其黑色部分是黑洞投下的“陰影”，明亮部分是繞黑洞高速旋轉(zhuǎn)的吸積盤。

為了這張照片，全球超過200名科學(xué)家利用分布在四大洲的8個(gè)觀測點(diǎn)組成一個(gè)口徑如地球直徑大小的虛擬望遠(yuǎn)鏡。一些觀測點(diǎn)條件非常苛刻，比如位于夏威夷和墨西哥的火山、西班牙的內(nèi)華達(dá)山脈、智利的阿塔卡馬沙漠、南極點(diǎn)等。

還有一些黑洞被稱為休眠黑洞，即不發(fā)射高強(qiáng)度X射線的黑洞。它們很少與周圍環(huán)境相互作用，特別難以發(fā)現(xiàn)。

2022年7月，比利時(shí)魯汶大學(xué)天文學(xué)研究所研究人員領(lǐng)銜團(tuán)隊(duì)耗時(shí)6年，利用歐洲南方天文臺甚大望遠(yuǎn)鏡上搭載的“光纖大陣列多目標(biāo)光譜儀”，用“大海撈針”的方式發(fā)現(xiàn)名為VFTS 243的“黑洞雙星系統(tǒng)”，其中的黑洞是銀河系外第一個(gè)被明確探測到的“休眠”的恒星級黑洞。

韋布空間望遠(yuǎn)鏡有何特點(diǎn)？

陸續(xù)發(fā)現(xiàn)古老的巨大黑洞、觀測到伽馬射線暴揭示稀有重元素來源、發(fā)現(xiàn)“宇宙之網(wǎng)”的古老絲狀結(jié)構(gòu)……韋布空間望遠(yuǎn)鏡作為哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的“繼任者”，是目前人類觀測宇宙最好的望遠(yuǎn)鏡之一。

這臺空間望遠(yuǎn)鏡2021年12月25日從法屬圭亞那庫魯航天中心發(fā)射升空，軌道位于日地系統(tǒng)第二拉格朗日點(diǎn)附近，距離地球約150萬千米。這是美國航天局送入太空的最大、最復(fù)雜的空間科學(xué)望遠(yuǎn)鏡，將在軌部署運(yùn)用到極致，堪稱“技術(shù)奇跡”。從概念誕生到最終發(fā)射，項(xiàng)目歷時(shí)20余年，耗資高達(dá)100億美元。

韋布空間望遠(yuǎn)鏡主要在紅外波段觀測，由光學(xué)和科學(xué)儀器、遮陽板以及被稱為“航天器總線”的支持系統(tǒng)等部分組成，總重量6.2噸，主鏡直徑達(dá)6.5米。由于體形太過巨大，韋布空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)射時(shí)以折疊狀態(tài)裝入阿麗亞娜5型火箭整流罩內(nèi)，各部件逐步在太空展開。

韋布空間望遠(yuǎn)鏡主要有4個(gè)任務(wù)：尋找135億多年前的宇宙中誕生的第一批星系；研究星系演化的各階段；觀察恒星及行星系統(tǒng)的形成；測定包括太陽系行星系統(tǒng)在內(nèi)的行星系統(tǒng)的物理、化學(xué)性質(zhì)，并研究其他行星系統(tǒng)存在生命的可能性。（記者葛晨）

責(zé)任編輯：魏敏