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世界首张黑洞图像面世 该黑洞距地球5500万光年

2019年06月12日 05:22 来源:未知 手机版

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4月10日晚,包括中国上海在内的全球多个地方同步公开了黑洞“照片”。这是全球200多位科学家历时两年多、首次利用一个口径如地球大小的虚拟射电望远镜,在近邻巨椭圆星系M87的中心成功捕获的世界首张黑洞图像。
该黑洞距离地球5500万光年,质量为太阳的65亿倍。“事实印证,爱因斯坦是正确的,他的广义相对论经受住了考验,得到了首次试验验证。”在当天举行的新闻发布会上,中科院上海天文台台长沈志强说。

> 1915年,物理学家爱因斯坦发表广义相对论,提出了一个大胆的假设:宇宙中存在一种引力和密度都无限大的宇宙天体——黑洞。在它周围一定区域内,有个连光线也无法逃离的势力范围,这一势力范围叫作“事件视界”。
在相当长一段时期内,黑洞预言无法证实。这一看不见、摸不着,却长久以来存在于科学家们想象和推算中的神秘天体,究竟是否存在?“但目前,天文学家普遍相信黑洞确实存在于宇宙之中。”中科院上海天文台研究员路如森介绍。
中科院上海天文台台长沈志强表示,质量天文学家将宇宙中的黑洞分成三类:恒星级质量黑洞(几十倍至上百倍太阳质量)、超大质量黑洞(几百万倍太阳质量以上)和中等质量黑洞(介于两者之间)。而且,超大质量黑洞存在于几乎所有星系的中心。
如何给黑洞“拍照”
欲睹黑洞“芳容”,全世界科学家翘首以待了上百年,因为给黑洞“拍照”太难。
为揭开黑洞的神秘面纱,2017年,一项黑洞观测计划,即“事件视界望远镜”(EHT)计划正式启动。
路如森解释,黑洞本身的确是不发光的,但是这种被极度压缩的完全黑暗的天体,因为强引力的特性可以让时空弯曲,并吞噬周围的气体。在此过程中,气体的引力能转化成热能,气体的温度变得很高,进而发出强烈的辐射。而在这些明亮的气体衬托下,黑洞会产生一个黑洞剪影,这一剪影就是我们能看到的最接近黑洞本身的图像。
路如森说,剪影和发光的气体之间会有一个分界,也就是事件视界。事件视界比黑洞阴影的尺寸小,大小约400亿千米视界之内,我们无法看到,但对事件视界进行拍照,黑洞的样子也就勾勒出来了。
按照EHT计划,全世界200多位科学家组成空前庞大的“战斗阵营”,利用全球多地的8个亚毫米射电望远镜及其阵列,组成一个虚拟的望远镜网络,即“事件视界望远镜”,同时对黑洞展开观测。
何以如此兴师动众?因为黑洞距离我们太过遥远,无论哪一单个望远镜都只能望洋兴叹。“形象点说,望远镜若想看到黑洞的事件视界,好比我们人类站在地球去看月球上的一个橙子。困难程度可想而知。”沈志强说,“M87中心的黑洞质量巨大,又相对接近我们,是地球上看过去角直径最大的黑洞之一,也因此成为EHT的一个完美目标。”
“事件视界望远镜”的分辨率可以达到多少?一般来说口径越大分辨率越高。
沈志强说,要想看清楚黑洞视界面的细节,视界面望远镜的空间分辨率要达到足够高才行。为此,EHT观测使用了甚长基线干涉测量(VLBI)技术,观测波段是1.3毫米。世界各地的射电望远镜同步观测,同时利用地球自转,形成一个口径如地球大小的虚拟望远镜,分辨率约20微角秒。
虚拟望远镜成功组合只是第一步。这些望远镜分布在各种具有挑战性的高海拔地区。沈志强说,在平原上由于信号弱不适合观测,这些望远镜所在的地区大多是海拔三四千米的山区,空气稀薄,若在上面连续观测,对工作人员来说是项挑战。
但是更大的挑战来自于天气。因为只有这8个望远镜及其阵列同时顺利观测到黑洞,才能达到最高的灵敏度和最大的空间分辨率。而现实是,留给科学家们观测的窗口期非常短暂,每年大约只有10天。
“以夏威夷地区为例,去年有两次观察期,天气很好,非常适合观测。”沈志强说。
多次独立的EHT观测通过多个校准以及不同的成像方法均揭示了一个环状的结构及其中心的暗弱区域,即黑洞阴影。

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本文标签:黑洞 观测 望远镜 视界 质量

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