终于一睹黑洞“芳容” :人类史上首张黑洞照片面世

  历时2年多 “黑洞”照片首秀

  “事件视界望远镜”(EHT)这个虚拟的大望远镜由8台望远镜组成。分别是:南极望远镜(South Pole Telescope);位于智利的阿塔卡马大型毫米波阵(Atacama Large Millimeter Array,ALMA);位于智利的阿塔卡马探路者实验望远镜(Atacama Pathfinder Experiment);墨西哥的大型毫米波望远镜(Large Millimeter Telescope);位于美国亚利桑那州的(Submillimeter Telescope);位于夏威夷的麦克斯韦望远镜(James Clerk Maxwell Telescope,JCMT);位于夏威夷的亚毫米波望远镜(Submillimeter Array);位于西班牙的毫米波射电天文所的30米毫米波望远镜。它们在2017年4月对两个黑洞目标进行了联合观测。

  从2018年起,又有格陵兰岛望远镜、位于法国的IRAM NOEMA天文台和位于美国的基特峰国立天文台加入后续的研究和校准工作。

  全球一共60多个研究机构参与了研究,其中包括中国科学院下属的上海天文台、云南天文台等机构,以及华中科技大学、南京大学、中山大学、北京大学、中国科学院大学、台湾大学等高校。这也是中国上海和台北两地联合举办新闻发布会的原因。

  黑洞照片“拍”起来难,“洗”出来也难,这也是从拍摄到洗出照片用了2年多的原因。首先,要选择合适的拍照对象——近邻的超大质量黑洞是完美的黑洞成像候选体。其次,共同合作组成一个超级大望远镜——视界望远镜(EHT)。再次,必须在合适的观测波段——毫米波。

  面对记录的庞大数据量,进行复杂的数据后期处理和分析,获取最终的黑洞图像。2017年4月份的EHT观测中每个台站的数据率达到惊人的32Gbit/s,8个台站在5天观测期间共记录约3500TB数据。此外,在2017年4月的联合观测以后,研究团队还进行了一些数据收集和校准的工作。

  科学家们少年般的兴奋

  而此次的黑洞“首秀”,与其说这是一张照片,不如说是一次实景“描绘”。

  来自8个观测点的天文望远镜将观测到的电磁波集中“反馈”,利用对这些电磁波信号的分析,科学家们可以获得和黑洞附近高温物质分布相关的一些物理量。再结合多年来不断完善的黑洞理论模型,将模拟量和观测量比对,得到黑洞成像。

  尽管图像是根据比对形成,但是天文和物理学家们依然表达了少年般的兴奋度——并不是只有普通民众乐于见到直观影像。

  “我为即将看到这一图像感到非常开心!”芝加哥大学教授丹尼尔·霍尔兹(Daniel Holz)表示。“尽管我知道里面采用了数学运算,相关理论也经过了彻底测试,但这仍然是关于一个真实物体的近距离图片。太酷了。”

  耶鲁大学的天体物理学家普里亚瓦达·纳塔拉哈恩也表示:“能够如此近距离接触黑洞实在令人兴奋。”加州大学圣塔芭芭拉分校研究黑洞的天体物理学家蒂莫西·布兰德则兴奋地说:“仅仅是能够看到它就会让人觉得太棒了。我们会在科学方面了解一些东西,而且随着时间推移知道得会越来越多。只看到这些图像都会觉得非常酷。”

  “一旦我们成功对黑洞阴影成像,就可以将观测结果与理论预言相比较,检验考虑了时空弯曲、超高温及超强磁场等物理性质在内的大量模型。令人惊讶的是,我们所观测到图像的许多特征与理论预言相匹配”,EHT 董事会成员贺曾朴评论道,“这使得我们对观测的理论解释,包括对黑洞质量的测量,都充满信心。”

  专家连线:

  北京天文馆馆长 朱进

  1、黑洞到底是什么?它是如何形成的呢?

  朱进:我们说黑洞主要指的是一类密度巨大的天体,它表面的逃逸速度已经超越了光速,所以任何物质包括光子都不可能从黑洞中出来。据目前所知银河系的中心就是一个超大质量黑洞,它是一个400万倍太阳质量的黑洞,我们由此可以认为每个星系的中心都是一个黑洞,此外,大质量恒星演化到晚期也会坍缩成一个黑洞。

  2、黑洞是黑色的吗?

  朱进:实际上说的黑色指的是连光也无法逃逸出去,所以说它是黑色的。

  3、黑洞真的会像人们口中说的那样吞噬周围的一切吗?

  朱进:所谓的吞噬一切其实就是一个引力效果,因为质量很大所以引力很强。但是也不一定就会“掉”进去,周围的物体仍然会绕着黑洞转动,但是由于黑洞引力的原因,会产生黑洞潮汐力,这个潮汐力对周边的物体产生影响,随着时间的演化会被吸入黑洞。

责编:李文瑶
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