数十年来，物理学家一直在寻找黑洞存在的直接证据。2011年，俄罗斯成功发射太空射电望远镜Spektr-R（或称为RadioAstron），用以收集验证数据。
这部高达140英尺的望远镜位于西弗吉尼亚州格林班克，是美国国家射电天文台的标志。它是世界上最大的赤道式望远镜，目前接收来自俄制Spektr-R卫星的数据
尤里·科瓦廖夫（Yuri Kovalev）是位于莫斯科的俄罗斯科学院列别捷夫物理研究所的物理学家，同时也是RadioAstron太空干涉仪的项目科学家。RadioAstron太空干涉仪利用两条光柱之间的干涉对遥远的星系进行精确测量。在莫斯科物理与技术学院主办的一次媒体邀请会上，他向《美国科学家》杂志特约记者布莱恩·马洛（Brian Malow）介绍了他的研究。
问：您在天体物理学领域的具体研究方向是什么？
答：我正在研究活动星系核。这类星系类似于我们所在的银河系，但距离我们有数十亿光年，在它们的中心存在特大质量黑洞。我们认为：我们所在的银河系中心存在黑洞，其质量仅为太阳的几百万倍，但它并不是活动的。从某种意义上说，银河系的中心不活动意味着：没有太多物质落入其中，没有从中心喷射的极热的等离子体。被称为类星体的活动星系核应该有更大的黑洞，其质量达到太阳的10亿倍，并且有一个更大的吸积盘，尘埃和物质会落在中心。在这些物质中，大约有10%以非常狭窄的相对论性喷流的形式向外喷射。
问：这些喷流是像两根辐条一样垂直于吸积盘而喷出？
答：是的。我们认为它们大体上是垂直的，而且确定有两条。在相对论效应的作用下，我们通常只能看到其中的一条，而朝向我们的那一条看起来要亮很多。在我们看来，银河系中心在某段时间比其他时间更为活跃。
问：在研究活动星系核的工作中，真正令你感兴趣的是什么？
答：我所感兴趣的是：活动星系核中心发生了什么，这些喷流如何形成和喷射出来。我们认为这些喷流由速度极快的电子组成。这些电子在星系中心加速，然后以近似于光的速度喷出。我们希望能够弄清楚它们的喷射机制。此外，还有一个问题有待解决：它们是否是真的电子。一些科学家甚至认为，这些物质可能是质子。如果是质子，并且我们通过这一项目对此进行确认，那么这确实是一件很酷的事情；因为加速质子比电子要复杂2000倍，质子的质量是电子的2000倍。
带有一根折叠主天线的Spektr-R发射前在俄罗斯希姆基的拉沃契金研究生产联合体接受检测。它是俄罗斯在21世纪第一艘进入轨道的天体物理学宇宙飞船
问：在RadioAstron发射之前，您和您的同事如何研究活动星系核？
答：过去，我利用位于俄罗斯的两部地面望远镜研究活动星系核。我们有世界上最大的射电望远镜RATAN-600，其直径达到600米。后来，我经常使用世界各地（如美国和欧洲）的望远镜。当研究共同体推出这个巨大的工具（我们将其称作干涉仪）时，对活动星系核的研究必定会成为国际项目。
甚长基线干涉测量（VLBI）的设想是俄罗斯科学家列昂尼德·马特维恩科（Leonid Matveenko）、尼古拉·卡尔达舍夫（Nikolai Kardashev）和根纳季·索罗米特斯基（Gennady Sholomitskii）共同提出的。VLBI利用来自多部射电望远镜的数据对源自类星体等天文射电源的信号进行分析。像大多数情况一样，首次测量由美国科学家完成，这也是美俄携手完成的首批洲际实验之一。美国科学家建议列别捷夫物理研究所开展一项合作实验，使用位于西弗吉尼亚州格林班克和莫斯科地区南部小镇普希诺的两部望远镜。苏联方面回复称这是一个好主意，但建议我们利用另一部位于克里米亚的望远镜。也正因如此，你才得以来到这里。
当时正值冷战中期，是真正的困难时期，而美方人员刚刚过来。但令人鼓舞的是：他们发现俄罗斯人在很多方面都与美国人相同。后来，人们才了解到：当时为什么不支持在美国和普希诺之间开展实验，那是因为当你进行实验时，能够测量出望远镜所在的位置，精度达到1厘米左右。而在冷战中期，要在莫斯科附近获得精度达到1厘米的参考点是绝对不可能的。实验不得不转至克里米亚进行。即使在这段非常困难的时期，天文学和天体物理学仍然是我们共同探讨的为数不多的话题之一。由此看来，我们现在讨论的所有话题都源自多年前的冷战时期。
问：您的项目是如何诞生的？
答：RadioAstron最初构想于苏联时期，是当时最大的望远镜，它将无线卫星与众多地面天文台联结为一体。20世纪80年代早期，苏联共产党总书记勃列日涅夫发布了它的第一份官方声明。显然，该项目与苏联一道经历了所有的困难时期。它于20世纪90年代开始实施，并且几乎已经准备进入太空，但后来随同这个国家一起分崩离析。之后，我们不得不从头再来，并在2004开始重新启动。2011年，我们用一颗俄罗斯-乌克兰联合制造的火箭在拜科努尔将其发射，并从2012年初开始运行。它的运行基于所谓的天空开放政策，所以任何人都可以申请和我们一起观测，包括我们的美国同事，而他们也的确这样做了。
问：发射和安装该卫星的过程是怎样的？
答：我们制作了一朵由27片花瓣组成的“花”，它们被一起放在地面上，刚好与直径为3米的火箭吻合。在发射5天之后，卫星的花瓣展开，但仍然存在不少问题。
发射之后，拉沃契金研究生产联合体命令宇宙飞船（即望远镜）展开。望远镜基座上的圆环开始旋转和拉开这些花瓣。10分钟后圆环停止旋转，但我们在地面上没有得到来自探测器的确认花瓣已经成功展开的信息。尝试几个小时后仍然没有什么改变。后来，拉沃契金的研究人员估计和认识到它只展开了几厘米。这意味着这项任务已经结束。几厘米是不够的，因为我们要构建一个精度达到1毫米的抛物线结构。
他们意识到在望远镜基座中可能存在温度梯度，于是让基座旋转，这样太阳就能照射在望远镜的基座上，从而满足基座中残留的温度梯度要求。一天后，他们回来进行了又一次遥测。他们再次命令望远镜展开，这一次成功了。我们从所有传感器上得到了确认信息。之后它被固定下来，一直工作至今。
问：那一定是一个激动人心的时刻。您当时在现场吗？
答：我当时正在拉沃契金直播的视频会议上观看。那是2011年7月的一个星期五，对此我永生难忘。
2011年7月18日，俄罗斯-乌克兰联合制造的天顶-3F火箭搭载Spektr-R卫星在哈萨克斯坦拜科努尔航天发射场发射
问：RadioAstron的任务是什么？
答：我们正在研究太空中不同种类的物体。首先是活动星系核或类星体，其次是脉冲星，即银河系中死亡的中子星。我们利用它们来研究银河系中的星际介质和无线电波的散射。第三种是所谓的脉泽，这些是水蒸气形成的云，存在于银河系中诞生行星和恒星的区域，也见于其他星系的吸积盘中。除此之外，还有一个对我们来说非常独特、非常重要的物体，它位于我们所在星系的中心，拥有属于自己的故事。
我们还尝试做一些关于引力天文学方面的研究，因为我们在卫星上搭载了一个非常精确的原子钟。每隔9天（绕行椭圆轨道一圈的时间）卫星上的时钟就要通过一次与地面时钟不同的引力势。由于时间会随观测者离引力质量的距离而变化，所以，卫星上的时钟会快慢不同。爱因斯坦的广义相对论对时钟如何变化进行了预测，所以，我们可以通过比较其预测结果和我们在卫星上实际看到的情况来检验这一理论。
问：您对活动星系核有怎样的了解？
答：关于类星体，我们认为：我们非常了解其中的喷流如何发射非常明亮的辐射的理论。根据该理论的预测，这些类星体的内核的亮度无法超越某一水平。例如，如果你从中心的超级黑洞及其周围将一滴热的等离子体（即高能电子）注入喷流，其喷射就会非常明亮。然而，由于该过程会降至低能态，这些电子很快就失去能量。
在所谓的逆康普顿过程中，电子发射光子，由于电子发射许多光子，所以光子会击中其他光子。电子击中光子的概率也较高，导致电子失去能量。根据预测，类星体的亮度会因为这类碰撞而无法超过某一限度，这一结果被称为康普顿灾难。
我们已经对这一理论预测进行了检验，并证明它实际上是错误的。我们发现类星体的亮度至少10倍于该理论预测的亮度。这的确令人兴奋，因为在科学家的生活中，没有什么比证明理论错了更有趣。
问：人们有时不太欣赏科学家希望理论被推翻的想法。
答：让我来告诉你吧，理论家对此是喜闻乐见。这是科学工作的方式，科学通过证明某个理论是错误而运行。通过证明这一点，理论才得以发展和理解周围的自然。其中的一种解释是：这些都不是相对论性电子而是相对论性质子。由于质子比电子重2 000倍，所以其亮度的上限要高得多。从原理上说，如果这些是相对论性质子，我们的问题就将迎刃而解。但还有一个更大的问题――如何使它们加速？我们不知道如何使质子加速，使其变成速度与光速非常接近的相对论性质子。
问：您实现了任务的预期目标吗？
答：我们认为我们实现了此项任务的主要科学目标。但是，大约在一个月前，我们收集到了这项任务的最后一轮建议，而且建议的数量有所增加。
需求甚至比之前更大，因为我们的初步结果已经证明在极端分辨率情况下宇宙研究的潜力。RadioAstron已经证明可用于众多不同的应用领域。因此，俄罗斯联邦航天局已经将该任务的期限正式延长至2018年底。
问：这项任务已经达到了5年的预期寿命，但还会延长一段时间。下一步做什么？
答：我们确实希望能够穿过星际的迷雾见到银河系的中心，这是我们至今尚未达到的成就。我们将使用事件地平线望远镜（EHT）一起工作。EHT是一部陆基望远镜，自2012年起开始投入使用，有望在今年晚些时候获取第一张银河系中心的图片。
考虑到更长远的未来，我们目前正在为毫米波天文台(Millimetron observatory)制定任务计划，该天文台可检测毫米和亚毫米波段的信号。该天文台类似于活跃于2009年至2013年间的赫歇尔空间天文台(Herschel Space Observatory)，其分辨率会比RadioAstron更好。
宇宙中的一切都将会更加透明，会有更少的散射和吸收。这将帮助我们认识银河系中心和其他星系中心的中心超大质量黑洞，如果届时人类仍未观测到的话。
资料来源 American Scientist
责任编辑 岳 峰