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人类史上首张黑洞照片来了!这件事为什么那么重要?

来源:泉州网站建设   时间 : 2019-04-13 06:00  编辑 : 泉州网站建设

多么幸运,我们成为了第一批目睹黑洞真容的人类,也可能是宇宙中第一批亲眼看见黑洞的碳基生物。 来源|

人类史上首张黑洞照片来了!这件事为什么那么重要?

多么幸运,我们成为了第一批目睹黑洞真容的人类,也可能是宇宙中第一批亲眼看见黑洞的碳基生物。

人类史上首张黑洞照片来了!这件事为什么那么重要?

来源|爱范儿(ID:ifanr)

文 |吴志奇

头图来源|东方IC



人类史上第一张黑洞照片来了。

4月10日21点,「事件视界望远镜」(EventHorizonTelescope,EHT)项目在全球六地布鲁塞尔、圣地亚哥、上海、台北、东京、和华盛顿同时召开了发布会,正式公布了这项划时代的重大成果。

此次项目由全球多个国家和地区的200多位科研人员组成,是一个以观测银河系中央特大质量黑洞为主要目标的计划,观测核心就是银河系中心黑洞人马座A*和M87椭圆星系中心黑洞,此次发布的,就是后者的黑洞图像。

人类史上首张黑洞照片来了!这件事为什么那么重要?

▲ 上海新闻发布会现场

从照片可以看出,黑洞就像一个黑色球体,中心暗弱部分为「黑洞阴影」,而周围的环状不对称结构是由于强引力透镜效应和相对论性射束(beaming)效应造成的。

因为黑洞不停在旋转,让它的图片看起来就像是一个不对称的发光漩涡。

而说到黑洞,你脑海里可能出现的就是「幽暗不见底」和「万物皆可吸」。

首先,黑洞不是洞,是天体。作为最神秘的预言宇宙天体之一,黑洞质量极大密度极高,周围会产生巨大的引力场,它附近所有物质都难逃一吸,连宇宙中传播速度最快的光,也无法在黑洞中完成出它的出色射程。

人类史上首张黑洞照片来了!这件事为什么那么重要?

▲ 黑洞的艺术构想图

而黑洞周围引力巨大的区域,就被称为「事件视界」,只要跨过这个边界,一切物理定律在此都会失效,「事件视界望远镜」拍摄的就是两个黑洞的这一部分。

1915年,爱因斯坦在广义相对论中最先预言了「黑洞」,1968年,美国天文学家惠勒正式提出黑洞「blackhole」的名词,虽然之后也出现过一些黑洞的间接影像可以证明它身处星河之中,但没人见过黑洞的真正样貌。

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▲黑洞图像的的模拟、测量、和重建,图片来自:KatieBoumanandJasonDexter

100多年后的今天,人类第一次能够直接确认黑洞的存在。

同时,科学家也表示,该图像的特征和爱因斯坦的广义相对论完全一致,进一步验证了它的正确性。

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多么幸运,我们成为了第一批目睹黑洞真容的人类,也可能是宇宙中第一批亲眼看见黑洞的碳基生物。

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黑洞照片是怎么拍出来的?

从洪荒时代起,人类就从未停止过对头顶神秘星空的眺望。

2017年4月,「事件视界望远镜」开始捕捉黑洞「事件视界」的清晰图像。这次「事件视界望远镜」的观测行动,可以说是史上最难的星际观测项目之一。

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▲图片来自:美国哈佛-史密森天体物理学中心网

首先,人马座A距离地球2.6万光年之遥,质量约等于400万个太阳,视界半径约2400万公里,而M87中心距离地球5500万光年,约等于64亿太阳质量。按科学家的说法,给黑洞拍照的难度就差不多等于「给月球表面的一个苹果拍照」。

其次,拍摄技术、拍摄时间、拍摄位置都让项目研究变得更加举步维艰。

于是,研究人员决定将分布在全球各地、横跨南北半球的8个射电望远镜联合起来,组成一个相当于地球最大直径的大型虚拟望远镜进行观测。

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▲事件视界望远镜的全球观测网络.图片来自:Nature

这里用到的观测技术,就是「甚长基线干涉测量」(VLBI)。通过这种技术,能将多个望远镜结合成一台孔径更大的望远镜,让距离不再成为限制。两个射电望远镜和一个数据处理中心,就能共同观测遥远的类星体以及河外星系。

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因为黑洞本身是看不见的,这里的拍出的图像,其实是因为黑洞在「吃掉」身边恒星时,气体撕扯会产生旋转的吸积盘,加上部分吸积气体也会沿转动方向被抛出去形成喷流,这些气体摩擦都产生了明亮的光线,再加上其他频段的辐射,因此能捕捉到这些黑洞的发光现象。

人类史上首张黑洞照片来了!这件事为什么那么重要?

▲黑洞和积吸盘的艺术想像图.图片来自:Wikipedia

当8个射电望远镜联合启动,VLBI网将各射电望远镜接收到的信号转化为数字信号记录在磁盘上,然后通过数据中心处理和分析,就能获得观测目标的射电精细结构图像,最高分辨率可为哈勃空间望远镜的数百倍。

这样,我们就能看清「月球上的苹果」了。

为达到此次拍摄的极高分辨率,包括中国科学院下属的天文台机构和高校等全球13多个研究机构都参与进来开展研究、校准工作。

而且,不止「拍」照片难,「洗」照片更难。

这不是咔嚓一下就能完成的摄影过程。上面提到,通过VLBI,要将事件视界望远镜的所有观测数据集合、整理。跨越南北半球的庞大的天文台资料,不能通过网络传输,需要极大储存容量的硬盘收集并邮寄到研究中心。

人类史上首张黑洞照片来了!这件事为什么那么重要?

一次普通的5天观测,整个整列就会产生约7PB数据(1PB=1000TB=1000000GB),装满1000-2000个硬盘。

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