黑洞首照亮相形似甜甜圈全球科学家合力验证广义相对论

发布时间:2019-04-21 15:12  点击次数:76  来源:成都市京健人民医院

综合新华社、路透社报道:神秘天体黑洞终於被人类“看到”了。美国东部时间10日9时(香港时间10日21时),全球多国约200名科研人员合作的“事件视界望远镜”(Event Horizon Telescope,EHT)项目发布了人类有史以来获得的第一张黑洞照片,即位於M87超巨椭圆星系中心的黑洞照片。包括中国科学院上海天文台在内的一些国内机构也参与了此次国际合作,团队中有中国内地学者16人。

黑洞首照亮相形似甜甜圈全球科学家合力验证广义相对论

当日,美国华盛顿、中国上海和台北、智利圣地亚哥、比利时布鲁塞尔、丹麦灵比和日本东京等地同时召开发布会,以英语、汉语、西班牙语、丹麦语和日语发布项目重大成果。美国《天体物理学杂志通讯》以特刊形式通过6篇论文发表这一成果。

“人马座A*”好动难上镜

首张黑洞照片的“主角”是位於室女座超巨椭圆星系M87中心的超大质量黑洞。其质量是太阳的65亿倍,距离地球大约5500万光年。照片展示了一个中心为黑色的明亮环状结构,看上去有点像甜甜圈,其黑色部分是黑洞投下的“阴影”,明亮部分是绕黑洞高速旋转的吸积盘。

项目主任、美国哈佛─史密森天体物理学中心的谢泼德.杜勒曼在美国首都华盛顿说:“我很高兴地宣布,我们首次看到了曾认为不可见的东西……而这只是开始。”

在照片公布之前,外界都在猜测此次照片的主角究竟是M87,还是另一个位於银河系中心的黑洞“人马座A*”,“人马座A*”距离地球只有2.6万光年。最终,科学家们认为M87的超大质量黑洞更“上镜”,因为“人马座A*”像个好动的孩子,很难捕捉到清晰的照片。

在漠河读南沙群岛的报纸

要捕捉到5500万光年外的M87的黑洞,项目协作委员会主席、德国马克斯.普朗克射电天文研究所所长安东.岑苏斯打比方说:“如果地球是平的,那使用这一技术可以从波恩看清纽约街头报纸上的字。”

全球各地的科学家合力完成了这项壮举。在2017年4月,“事件视界望远镜”项目启动,从智利阿塔卡马沙漠到南极冰原,从西班牙的高山到夏威夷的海岛,8个射电望远镜通过“甚长基线干涉测量技术”联合起来,模拟出口径约1.2万公里像地球一样大的望远镜。

“这些望远镜的分辨率相当於能在黑龙江漠河阅读南沙群岛上的一张报纸。”中方科学家、上海天文台研究员路如森说。

在2017年4月的七个日夜裏,这些望远镜成功拍到人类历史上第一张黑洞照片。观测数据於当年年底送到马克斯.普朗克射电天文研究所和美国麻省理工学院分析,经过近两年的数据处理及理论分析后终於“冲晒”完成。

黑洞存在的最直接证据

人类关注黑洞的历史可以追溯到18世纪末。在万有引力定律提出约百年后,英国科学家约翰.米歇尔在1783年首次提出,可能存在引力强大到连光线也无法逃离的“暗星”。

1915年,爱因斯坦提出真正“预见”黑洞的广义相对论。但其实就连爱因斯坦也曾经不相信黑洞真实存在。不过,科学界确实利用广义相对论计算得出在宇宙中存在这样的天体。

20世纪60年代,美国天体物理学家约翰.惠勒首次将“黑洞”作为一个科学术语提出,这个词象征着它的黑暗和神秘。此后,科学界不断收穫关於黑洞的研究成果。迄今,黑洞的存在已得到多数天文学界和物理学界科研人员的承认。

今次的照片给出了黑洞存在的最直接证据,验证了广义相对论,也将帮助回答星系中的壮观喷流如何产生并影响星系演化等诸多前沿问题。

照片“冲晒”两年终面世

“事件视界望远镜”(EHT)2017年就开始给黑洞拍照,而到了2019年才发布成果,这张看似普通的照片为何“冲晒”了两年时间?事实上,这张照片得来颇为艰难。上海天文台介绍,首先观测窗口期非常短暂,另外望远镜观测到的数据量非常庞大,光是处理数据就要花费半年至一年时间。

在2017年的全球观测中,由於每台EHT距离相隔较远,甚至加入了南极和智利的望远镜,要保证全球的EHT同步观测两个黑洞,留给科学家的观测窗口期就非常短暂,每年大约只有10天时间。2017年的最佳观测期是在4月5日至14日之间。

“要知道,我们是全球8大望远镜同时观测,虽然这些射电望远镜没有实际连接,但借助氢原子鐘精确计时,各台望远镜实现了数据记录的同步。”中科院上海天文台台长沈志强表示,例如在南极观测的数据,“南极并不是任何时间都可以去的,比如我们4月去观测,可能9月才能再去拿回数据,这样的话,时间方面便又有了延长,但这个等待过程,也是非常令人期待的。”

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