在2021年10月31日举行的第四届世界顶尖科学家论坛“天文观测与光学前沿论坛”上，事件视界望远镜中心的创始主任、2020年基础物理学突破奖得主谢普德·多尔曼（Sheperd DOELEMAN）已做了专题演讲，介绍了事件视界望远镜EHT成果以及它的未来。以下为独家发布演讲全文——

多尔曼在Ted分享黑洞照片的故事。  图 | TED

很高兴我能参加这个会议，也很高兴能和你们谈谈事件视界望远镜EHT成果以及它的未来。我可能会采用一些不同的视野，除了EHT及其成果，也会尝试提及从中学到的一些经验教学，希望引起共鸣和关注。

EHT旨在结合全球望远镜，一些地点如上图所标注，看能不能打造一个地球大小的望远镜来拍摄第一张黑洞照片。 黑洞其实是爱因斯坦的引力理论所预测的最小物体，但它们有着巨大的影响力，是宇宙中很重要的部分。它们驱逐星系中心的气流，并在星系尺度上对物质和能量进行重新分配。因此，我们想（通过拍摄）放大一个黑洞，看我们能否找到那些爱因斯坦的引力场论提到的微小信号。

经过约20年的发展和观察后，我们成功了。在上图左是M87星系，黑洞正中间会发射喷流，并进入星系间介质。这种喷流指向地球方向，由于多普勒效应，朝着我们运动的 一侧喷流辐射光度会大大加强，而远离我们运动 的那一侧的喷流的辐射则要弱很多。就像火车鸣笛向你驶来时的音调，比驶离你时的音调高一样。
这么多年来我们始终无法解决探究其机理，不知是什么促使其喷发。2019年出现了转机，我们了解了位于M87星系中心的其质量为65亿倍的太阳质量的黑洞的光弯曲问题，这确实颠覆了以往关于黑洞的猜测。（当时）真没想到我们能拍摄到这样尺度的黑洞，当然我们以多种不同的方式成名，但我们最自豪的是这部XKCD Comic漫画，把我们所知道和热爱的一切联系起来了。在这个巨大黑洞的阴影中，旅行者1号（Voyager 1）是离地球最远的人造物体。通过它的视角告诉我们（黑洞的）底部比顶部亮，是因为那些光线向地球方向移动，且黑洞的大小和形状与爱因斯坦广义相对论的预言完全相符。也充分证明目前超大质量黑洞的存在。

我们能了解这些是因为多种因素，我想浅谈一下我们的研究经历，回顾是如何将研究方法与目标有机结合的。
首先，我们尽可能将所有的发展与摩尔定律联系在一起。如果我们自己去开发和定制电子产品，或是新型的辐射探测器，我们将永远不可能及时完成（研究）。但我们能够利用摩尔定律的数字信号处理能力，如上图的带宽年增长图所示。带宽与数据处理能力和灵敏度直接相关。数据量越大，望远镜的灵敏度就更高，蓝色虚线表示摩尔定律曲线，而红色菱形点表示近20年系统的发展情况，通过这种匹配，我们能够有效提高灵敏度。上图右的仪器，就是我们用以检测全球望远镜的信号传导机器。

其次，我们使用了现有的基础设施，这确实是EHT发生的重要事情之一。将图左上环绕地球的望远镜们成对连接时，就会生成左下角展示的地球大小的虚拟（摄像）孔径。随地球转动可以不断填充然后得到最终的照片。通过对全球所有站点的射电望远镜的操控，包括西班牙的伊拉姆30米望远镜IRAM，墨西哥的大型毫米望远镜，亚利桑那州的亚毫米望远镜SMT，智利安第斯山脉的大毫米/亚毫米阵列APEX/ALMA，夏威夷的次毫米波阵列望远镜SMA/JCMT，南极望远镜 和在南极的其他地方的望远镜等，这些足以产生图右下显示的覆盖范围，并拍摄黑洞的照片。我们合作的望远镜的价值远远超过10亿美元，但EHT只需要几千万美元，就可以通过有效使用和多次利用现有的望远镜来完成拍摄工作。

第三是我们不得不开发了新的算法。你们现在看到的是，我们开发的生成图像的新算法之一，因为我们现在只能对地球大小的虚拟层进行部分采样。在没有数据的情况下，我们需要推理，用正则化做卡方拟合（chi-squared fitting），利用文献中提出的开创性算法的论文完善我们自有的算法。

我们当前正在考虑下一代EHT。比如，如何利用EHT来拍摄黑洞的运动，并看到比现在更远更深的东西。上图中的蓝点表示我们当前正在使用的望远镜，红色代表全球所有的高海拔观测点，我们计划用先进电子设备来提高EHT的精确度和观测范围。
所以，EHT让我们认识到我们正和来自世界各地的人合作。让我们能够达到目标是因为我们有来自20个国家和地区的60个研究所的300多名合作成员，而早期职业研究人员（early-career researchers）也做出了重大贡献。因此除了我前面提到的这三个技术方面之外，我们正在建立国际合作，这非常重要。

我想指出的另一件事是我们使用了全色法。为了阐述我们的结果，需要在全球范围内使用多个不同的天文台进行观测。我们不仅整理现有的射电天文学望远镜，还在x射线、万亿电子伏（TeV）和红外波段对M87黑洞进行全面观测，并很快就看到了位于银河系中心的，“人马座a*”黑洞。

由于我们已经了解一些光子围绕黑洞运动的信息，因此对下一代EHT设定了很高的目标。图左表示这个环中的大多数光子分布在黑洞周围并辐射出密集的宽波光，我们可以根据黑洞数据推断真实光子轨道的大小。但也有一些光子能做完整的循环辐射，我们称之为“n=1”环，这些更精细复杂的光子环与爱因斯坦的广义相对论更密切相关，如果我们能拟合这种辐射，就能设计出更好的广义相对论试验。细节如中间的放大图所示，甚至还有一个“n=2”环，它可能一直延伸到无穷远并存在无限个嵌套的光子环。试想整个宇宙历史都被编码这些黑洞周围的嵌套光环中，通过傅里叶方程即上图右的这个绿色区域从地球出发，X轴为基线长度，Y轴为可见度，我们正在寻找的是这些可见度明显下降的区域。有了新一代EHT，我们有望触及这些信号并模拟这些光子环。

我们还可以拍摄黑洞的电影，如左图模拟了M87超大质量黑洞的样子，右图则使用现有的算法模拟了我们认为新一代EHT能做的事情。我们可以想象观看黑洞实时电影的情景。

最后一个，不是像我刚才为M87黑洞展示的延时电影，而是人马座A*超大质量黑洞的实时电影。人马座A*黑洞的质量比M87黑洞的要小很多，所以它的旋转速度比M87快上千倍，而中间这幅图就体现了我们希望通过新一代EHT做的事情，并期待将它发射进太空，通过卫星将实时电影转接地面信号。

我还想强调的是，与对此感到好奇的公众多进行沟通外展非常重要。我认为我们制作的信息能让公众兴奋起来将至关重要。并且希望我们在多年的研究工作中总结出来的经验可赋予早期职业科学家一些研究的权威意见和能力，包括承担可计算的风险、扩大他们的认知基础、积极与好奇的公众交流，并建立一个国际团队。谢谢！