还记得人类第一张黑洞照片吗？2017年事件视界望远镜成功拍下了距离地球约5500万光年的M87黑洞的真容——一只“红色甜甜圈”。如今，由中科院上海天文台路如森领导的国际科研团队，利用遍布全球的16台射电望远镜，再次向M87黑洞投去激动人心的一瞥。
就是这一眼，让科学家们看到了M87黑洞的“全景照”：黑洞、黑洞周围积细流，以及从黑洞附近向数光年之外延伸的喷流，尽收眼底。与之前特写照片中M87黑洞的“红色甜甜圈”相比，此次全景M87黑洞，变成了带有三条长长尾巴的“紫色风筝”。
这张图像首次表明了中央超大质量黑洞附近的吸积流与喷流起源之间的联系，相关论文于4月26日在国际顶级学术期刊《自然》杂志在线发表。
“以前我们曾在单独的图像中分别看到过黑洞和喷流，而在一个新的波段拍摄到黑洞和喷流的全景图，还是第一次。”路如森说，黑洞周围的物质被认为是在一个被称为吸积的过程中落入黑洞的，但是从来没有人直接对它进行过成像，“我们之前看到的环状结构在3.5毫米波长变得更大、更厚。这表明在新的图像中可以看到落入黑洞的物质产生了额外的辐射。这使得我们能够更全面地了解黑洞周围的物理过程。”
拍下“红色甜甜圈”照片的“相机”——事件视界望远镜是在1.3毫米波段“成像”。此次立下大功的是波段位于3.5毫米的16台射电望远镜，包括14台全球毫米波阵（GMVA），以及位于智利的阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）、位于格陵兰岛的格陵兰望远镜（GLT）。
路如森介绍说，GMVA测得的环状结构的直径为64微角秒，相当于月球上的宇航员回望地球时看到的一个13厘米大小的环形补光灯。这个直径比事件视界望远镜此前在1.3毫米观测中所看到的环状结构要大50%，符合对该区域相对论等离子体辐射的预期。
德国马普射电天文研究所托马斯·克里希鲍姆表示，ALMA和GLT的加入，大大提高了GMVA的成像能力，科研人员也因此获得了一个新的视角，看到了在早期观测中就了解的三齿状喷流。
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从“全景照”中，科学家解读出M87黑洞不少秘密。比如，这个黑洞不是“很饿”，消耗能量的速度很低，只将其中一小部分转化为辐射；靠近黑洞的内部区域，辐射宽度比预计的要宽，意味着黑洞周围不仅有气体落入，也可能有一股“风”吹出来，造成黑洞周围的湍流和混乱。 
“我们是在2018年4月14日到15日拍摄到新照片的。”路如森说，这个国际合作项目由来自17个国家和地区的64家研究机构的121位科研人员参与，“由于争取到‘巨无霸’级望远镜ALMA加入观测阵列，所有人都对拍摄结果抱有很高期待。在初步处理数据后，我们就在数据中注意到了前所未有的新特征，这给团队成员很大激励。经过复杂的数据处理和成图过程，及反复验证和确认结果，最终在五年后呈现出这张史无前例的新图像。”
而在“冲洗”这张来之不易的照片时，科学家们遇到了许多意外。在拍摄时，阵列中的格陵兰望远镜还是一台新的望远镜，参与观测时还在调试阶段，因此在观测过程中，其基于波导的相位旋转器被错误地配置，幸好科学家及时发现这一问题，在数据处理时开发了特别的算法解决了这个问题。
而在将“生数据”处理成“熟数据”过程中，前后做了四次VLBI（甚长基线干涉测量）分析中的“互相关处理”及相应的“相关后处理”分析。科研团队克服来回来去返工的煎熬，得到了最可靠的“熟数据”。
最后，从“熟数据”重建观测图像也遇到了前所未有的挑战。困难源于这是一张视场很大的图像，图像里面包含着许多成分，且这些成分的亮度差异很大。通过汇聚遍布全球各地的许多合作者的经验，经过各种尝试和反复验证，最终将困难克服。
上海天文台台长沈志强研究员说：“此次展现的3.5毫米波长图像可以说是代表了当前的最新成就。但为了揭示M87中央超大质量黑洞及其相对论性喷流的形成、加速、准直传播的物理机制之谜，我们需要拍摄更多色的高质量图像，包括在0.8毫米或更短的亚毫米波波长的黑洞照片，以及在长至7.0毫米波长的黑洞和喷流的全景图像，未来非常令人期待。”
“我们的下一步的目标是与事件视界望远镜联手，一起拍摄‘彩色黑洞’。”路如森信心满满地说，所谓“彩色”就是在不同的观测波长上给黑洞拍照，即将拍摄更清晰的3.5毫米照片，结合事件视界望远镜拍摄的更清晰的1.3毫米照片，下一代事件视界望远镜拍摄的0.8毫米照片，以及计划中空间VLBI拍摄的更短波长照片，可以得到黑洞的“彩色照片”。由于不同波长的电磁辐射揭示了黑洞附近不同的物理过程，相比于“单色黑洞”，“彩色黑洞”将帮助科学家揭示黑洞更多的秘密。
除了拍照片恐怖宝宝无良妈，科学家们还希望未来能给黑洞拍电影。“黑洞并不是静止的，它每时每刻都在和周围环境相互作用，因此不同时刻看它，它是不一样的。”路如森表示，拍摄“动态黑洞”将在空间维度上再解锁时间维度，从而全方位地观测和理解黑洞。由于M87黑洞变化缓慢，事件视界望远镜将在10年时间跨度上进行“黑洞电影”拍摄。而针对快速变化的银河系中心黑洞，目前的射电望远镜分布不足以实现“快拍模式”，“丢帧”严重。但随着未来几年更多望远镜的加入，将能达到所需时间分辨率，从而拍到银心“黑洞电影”。