美国国家航空航天局的韦布将与事件视界望远镜联手揭示银河系的超大质量黑洞
在地球上与世隔绝的山顶上，科学家们等待着今晚是夜晚的消息：地面和太空中数十台望远镜之间的复杂协调已经完成，天气晴朗，技术问题已经得到解决——隐喻性的恒星对齐了。是时候看看银河系中心的超大质量黑洞了。
一个巨大的热气漩涡发出红外光，标志着银河系中心超大质量黑洞的大致位置。这张多波长合成图像包括美国国家航空航天局哈勃太空望远镜拍摄的近红外光，是2009年发布的有史以来最清晰的星系中心区域红外图像。在名为人马座A*的黑洞周围区域，动态闪烁的耀斑使事件视界望远镜（EHT）合作创建更近、更详细图像的工作变得复杂。虽然黑洞本身不发光，因此望远镜无法探测到，但EHT团队正在努力通过获得其周围炽热气体和尘埃的清晰图像来捕捉它。美国国家航空航天局即将推出的詹姆斯•韦伯太空望远镜计划于2021年12月发射，将哈勃的分辨率与更多的红外光探测相结合。在科学运作的第一年，韦布将与EHT一起观测人马座A*，将其红外数据与EHT的无线电数据进行比较，从而更容易确定何时存在明亮的耀斑，从而产生该地区更清晰的整体图像。在这里显示的合成图像中，颜色代表不同波长的光。哈勃的近红外观测显示为黄色，显示了数十万颗恒星、恒星托儿所和加热气体。美国国家航空航天局斯皮策太空望远镜的深层红外观测显示为红色，揭示了更多的恒星和气体云。美国国家航空航天局钱德拉X射线天文台探测到的光线显示为蓝色和紫色，表明恒星爆炸和超大质量黑洞流出的气体在哪里被加热到数百万度。
天文学家称之为“调度数独”，在事件视界望远镜（EHT）合作的观测活动中，每天都会发生这种情况，他们很快就会有一个新的参与者参与其中；美国国家航空航天局的詹姆斯•韦伯太空望远镜将加入这项工作。在韦布的第一次观测中，天文学家将利用其红外成像能力来应对银河系黑洞人马座A*（Sgr A*；星号发音为“恒星”）带来的一些独特而持久的挑战。
2017年，EHT利用地球上八个射电望远镜设施的综合成像能力，捕捉到了M87星系超大质量黑洞周围区域的历史性首次视图。Sgr A*比M87的黑洞更近但更暗，它周围物质中独特的闪烁耀斑每小时都会改变光的模式，这给天文学家带来了挑战。
西北大学教授、韦布观测Sgr A*项目的首席研究员、天文学家法哈德•优素福•扎德说：“我们星系的超大质量黑洞是已知的唯一一个有这种耀斑的黑洞，虽然这使得拍摄该区域的图像变得非常困难，但这也使人马座A*在科学上更加有趣。”
耀斑是由于黑洞周围的粒子暂时但强烈地加速到更高的能量，并发出相应的光。用韦布观测Sgr A*的一个巨大优势是能够从月球以外的望远镜位置同时连续地捕获两个红外波长（F210M和F480M）的数据。韦布将有一个不间断的视野，观察燃烧和平静的周期，EHT团队可以利用他们自己的数据进行参考，从而获得更清晰的图像。
引起Sgr A*闪焰的来源或机制一直备受争议。关于Sgr A*的耀斑如何开始、达到峰值和消散的答案，可能会对未来黑洞、粒子和等离子体物理学，甚至太阳耀斑的研究产生深远影响。
韦布Sgr A*研究小组的天文学家、现任EHT科学委员会副主席Sera Markoff说：“黑洞很酷。”“世界各地的科学家和航天机构之所以如此努力地研究黑洞，是因为它们是已知宇宙中最极端的环境，我们可以在那里对广义相对论等基本理论进行实际测试。”
在美国国家航空航天局哈勃太空望远镜拍摄的近红外光的照射下，加热的气体在银河系超大质量黑洞区域旋转。这是2009年为庆祝国际天文年而发布的，是有史以来对银河系中心区域拍摄的最清晰的红外图像。美国国家航空航天局即将于2021年12月发射的詹姆斯•韦伯太空望远镜将继续这项研究，将哈勃强度分辨率与更高的红外探测能力相结合。天文学家特别感兴趣的是韦布对该地区耀斑的观测，这是在任何其他超大质量黑洞周围都没有观测到的，其原因尚不清楚。这些耀斑使事件视界望远镜（EHT）合作捕捉黑洞周围区域图像的努力变得复杂，韦布的红外数据预计将大大有助于生成干净的图像。
阿尔伯特•爱因斯坦作为广义相对论的一部分预测的黑洞，在某种意义上与它们的名字含义相反——黑洞不是太空中的空洞，而是已知物质中密度最大、密度最紧密的区域。黑洞的引力场如此之强，以至于它扭曲了周围的空间结构，任何离得太近的物质都会永远束缚在那里，以及该物质发出的任何光。这就是为什么黑洞看起来是“黑色”的。望远镜探测到的任何光实际上都不是来自黑洞本身，而是来自黑洞周围的区域。科学家们将这种光的最终内部边缘称为视界，EHT合作就是在这里得名的。
M87的EHT图像是爱因斯坦黑洞预测正确的第一个直接视觉证据。黑洞仍然是爱因斯坦理论的试验场，科学家们希望EHT、Webb、X射线和其他天文台精心安排的Sgr a*的多波长观测将缩小广义相对论计算的误差范围，或者可能指向我们目前不了解的物理新领域。
尽管新理解和/或新物理学的前景可能令人兴奋，但Markoff和Zadeh都指出，这只是一个开始。Markoff说：“这是一个过程。一开始我们可能会有更多的问题而不是答案。”Sgr A*研究团队计划在未来几年申请更多时间与韦布在一起，见证更多的耀斑事件，并建立知识库，从看似随机的耀斑中确定模式。然后，从研究Sgr A*中获得的知识将应用于其他黑洞，以了解它们的本质是什么，以及是什么使一个黑洞独一无二。
因此，紧张的数独游戏日程安排将持续一段时间，但天文学家们一致认为这是值得的。扎德说：“这是人类能做的最高尚的事情，寻找真相。”“这是我们的天性。我们想知道宇宙是如何运作的，因为我们是宇宙的一部分。黑洞可能为其中一些重大问题提供线索。”
美国国家航空航天局的韦布望远镜将成为未来十年的首要空间科学观测站，探索宇宙历史的每一个阶段——从太阳系内部到早期宇宙中最遥远的可观测星系，以及其间的一切。韦布将揭示新的和意想不到的发现，并帮助人类了解宇宙的起源和我们在其中的位置。韦布是由美国国家航空航天局及其合作伙伴欧空局和加拿大航天局领导的一个国际项目。