4月10日历史上的今天2019年4月10日的今天，世界上首张黑洞图像出炉，该历史事件记录为2019年4月10日年间的历史文献线索
2019年4月10日(农历2019年3月6日)，人类有史以来获得的第一张黑洞照片。
北京时间2019年4月10日晚9点，黑洞事件视界望远镜(Event Horizon Telescope， EHT)合作组织协调召开全球六地联合新闻发布会，宣布{b}人类首次利用一个口径如地球大小的虚拟射电望远镜，在近邻巨椭圆星系M87的中心成功捕获世界上首张黑洞图像{/b}(图1)。
这张图像的意义非同一般，它提供了黑洞存在的直接“视觉”证据，使得在强引力场下验证爱因斯坦广义相对论，细致研究黑洞附近的物质吸积与相对论性喷流成为可能。
那么，黑洞为什么可以成像?如何成像?本文试图以亲历者的角度，对黑洞成像的前前后后做一解读。
图1. M87星系中心超大质量黑洞(M87*)的图像 (图源：参考资料)
上方为2017年4月11日的图像，下方三个图为M87*在2017年4月5日、6日和10日的图像。图中心的暗弱区域即为“黑洞阴影”(见下文)，周围的环状不对称结构是由于强引力透镜效应和相对论性射束(beaming)效应所造成的。由这种上(北)下(南)的不对称性可以定出黑洞的自旋方向。
黑洞与广义相对论
一百多年前，爱因斯坦提出广义相对论，将时间和空间结合为一个四维的时空，并提出引力可视为时空的扭曲。这一理论做出了不少重要预言，其中之一便是：当一个物体的质量不断塌缩，就能隐蔽在事件视界(event horizon) 之内——在这一黑洞的“势力范围”内，引力强大到连光都无法逃脱。
对于广义相对论的验证，可以追溯到一个世纪以前。1919年5月29日，Arthur Eddington等人在日全食期间对太阳附近光线偏折的实验测量(图2) ，拉开了上世纪验证广义相对论的序幕，并把爱因斯坦推上了科学的“神坛”。
图2. 星光偏折验证广义相对论示意图(图源：The Illustrated London News)
一个世纪以来，广义相对论经受住了接连不断的实验验证，黑洞的存在也已得到越来越多天文观测的佐证。
目前，天文学家普遍相信黑洞确实存在于宇宙之中，从质量为数倍到数十倍于太阳的恒星级黑洞，到高达数百万倍甚至数十亿倍太阳质量的超大质量黑洞，应有尽有。而且，超大质量黑洞存在于几乎所有星系的中心。
然而，即使在LIGO/Virgo探测到引力波、从而权威性地证明黑洞存在的今天，人类还是没有直接看到能够揭秘极端条件下时空秘密的那个“洞”——“黑洞事件视界”。
这或许正是黑洞本身的迷人之处所造成的——黑洞的致密程度让人难以想象!如果把地球压缩成一个黑洞，它的大小和一个汤圆差不多;而一个位于距离地球1kpc(约3262光年)处，10倍于太阳质量的恒星级黑洞，其事件视界的角直径大小只有0.4纳角秒。这比哈勃望远镜的分辨率还要小约1亿倍，任何现有的天文观测手段都没有这样的分辨本领!
为什么黑洞能成像?
既然黑洞是“黑”的，连光线都无法逃脱，那我们又该如何看到黑洞呢?
事实上，黑洞并不是孤立存在的，它的周围存在大量气体。由于黑洞的强大引力，气体会朝黑洞下落。而当这些气体被加热到数十亿度高温时，便会发出强烈的辐射。同时，黑洞也会以喷流和风的形式向外喷射物质和能量。
广义相对论预言，我们将会看到中心区域存在一个由于黑洞视界形成的阴影(black hole shadow)，周围环绕一个由吸积或喷流的辐射造成的光环——它状如新月，大小根据黑洞的自旋及与观测者视线方向的不同，介于4.8-5.2倍史瓦西半径之间(注：史瓦西半径是没有自旋的黑洞的事件视界半径;一个太阳质量的黑洞的视界半径约为3千米)。
在没能一睹黑洞真容的岁月里，科学家通过计算了解黑洞的“样貌”。
早在上世纪10年代后期，大数学家希尔伯特(David Hilbert)就计算了黑洞周围的光线弯曲和引力透镜效应。
70年代，James Bardeen及Jean-Pierre Luminet等人计算出了黑洞的图像(图3，左)。
90年代后期，Heino Falcke等人针对银河系中心黑洞的情况做了详细计算，并引入了黑洞阴影的说法。他们同时指出，该黑洞阴影若是“镶嵌”在周围明亮的，光学薄(即对某一观测波长透明)的热气体中，就可以被(亚)毫米波甚长基线干涉测量技术“看到”。
此后，人们利用广义相对论磁流体动力学数值模拟，针对黑洞成像开展了大量研究，均预言黑洞阴影的存在(如图3，右)。因此，对黑洞的阴影的成像提供了黑洞存在的直接“视觉”证据。
