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人类史上首张黑洞照片昨晚面世

发布时间:2019年04月11日07:18 来源: 楚天都市报

图为:人类史上首张黑洞照片新华社发

据新华社电 人类史上首张黑洞照片面世!北京时间10日晚9时许,包括中国在内,全球多地天文学家同步公布首张黑洞真容。这一由200多名科研人员历时10余年、从四大洲8个观测点“捕获”的视觉证据,有望证实爱因斯坦广义相对论在极端条件下仍然成立。

这是人类第一次凝视曾经只存在于理论中的天体——黑洞,一种体积极小、质量极大的天体,如同一个宇宙“吞噬之口”,连光也无法逃逸。

露出真容的黑洞,位于室女座一个巨椭圆星系M87的中心,距离地球5500万光年,质量约为太阳的65亿倍。它的核心区域存在一个阴影,周围环绕一个新月状光环。

百余年前,爱因斯坦的广义相对论率先对黑洞作出预言,从此成为许多科幻电影的灵感源泉。科学家陆续通过一些间接证据证实了黑洞的存在,但人类始终没有真正“看到”过黑洞。“这是人类获得关于黑洞的第一个直接视觉证据,证实了爱因斯坦广义相对论在极端条件下仍然成立。”参与国际合作的中方科学家、中国科学院上海天文台台长沈志强说。

质量极其巨大的黑洞,是宇宙中的神秘存在。这次通过分布全球的观测点组成一个口径如地球大小的虚拟望远镜——黑洞事件视界望远镜,顺利实现在1.3毫米波长的观测,并经过长期的数据分析,成功“捕获”黑洞的影像。

由于需要极高的灵敏度,组成全球网络的8个射电望远镜分布在多个高海拔地区,包括夏威夷和墨西哥的火山、西班牙的内华达山脉、智利的阿塔卡马沙漠、南极点等。“这些望远镜的分辨率相当于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。

黑洞的“前世今生”

“大胃王”黑洞示意图

衰老的恒星

·黑洞最初其实是一颗衰老的巨大恒星

·有资格成为黑洞的恒星,质量要达到太阳的数十倍以上

·恒星中心的“燃料”毕竟有限,会消耗衰退

塌缩

·恒星内部能量不足,无法支撑起外壳的重量,在外壳重压之下,恒星内核开始塌缩

奇点

·最终,所有物质缩成一个体积接近无限小,而密度超大的点,这便是奇点

事件视界

·奇点质量极大体积极小,会形成强大的引力场(看起来像一个黑色的“势力范围”),吸收周围物质,就连光也会被吸进去

·这个“势力范围”就被称作黑洞的半径或事件视界

“大胃王”

·至此,黑洞已经诞生。刚诞生的“婴儿黑洞”是“大胃王”,开始将体积较小的恒星的气体撕扯到自己身边

吸积盘

·这些气体在被黑洞吞噬前,会在事件视界外形成一个环状圆盘,称为吸积盘,它是科学家定位黑洞的重要依据

喷流

·当吸积气体过多时,一部分气体会沿着磁场运动,高速喷射强能量物质,这就是喷流

死亡与新生

·喷流促进新恒星形成,也能调节星系演化,黑洞像是星系秩序的调节者,虽破坏力巨大,但也孕育生机

华中大教授参与项目研究 揭秘首张黑洞照片背后故事

楚天都市报记者王进良 通讯员王潇潇 高翔

黑洞是什么?为什么要研究黑洞?为什么要给黑洞拍照?……昨日,楚天都市报记者连线在上海出席发布会的事件视界望远镜(EHT)中国团队成员、华中科技大学吴庆文教授做进一步解读。

黑洞是什么

黑洞就是一个时空漩涡,是弯曲的空间和弯曲的时间构成的。理论上,它是爱因斯坦广义相对论预言存在的一种天体。它具有的超强引力,使得光也无法逃脱它的势力范围,这个势力范围称作黑洞的边界或事件视界。一切物质掉入视界范围,它就会消失得无影无踪,奔向奇点,因此像一个无底洞,即我们说的“黑洞”。

为什么要研究黑洞

黑洞自身有一堆秘密,让人着迷。比如:在我们居住的银河系中心就有一个超大质量黑洞,它的质量大约是400多万倍太阳质量,但活动性很弱,像一个沉睡者,偶尔翻翻身、打几声呼噜。此外,银河系中还有很多恒星级黑洞,它们和我们有关系吗?黑洞和它所在的星系之间,究竟有什么关系?这些都是我们非常关心的领域。

如何判断黑洞存在

乍一听,黑洞,是不是表明没法看见?如果没法看见,怎么就知道它存在呢?这次拍照之前,天文学家主要通过各种间接证据来表明黑洞的存在:第一,恒星、气体的运动透露了黑洞的踪迹。黑洞有超强引力,对周围的恒星、气体会产生影响,可以通过观察这种影响来确认黑洞的存在;第二,根据黑洞吸积物质(吃东西)发出的光来判断黑洞的存在;第三,通过看到黑洞成长的过程“看”见黑洞。还有很多类似的证据,无不说明黑洞的真实存在。

为什么要给黑洞拍照

对黑洞阴影的成像,将能提供黑洞存在的直接“视觉”证据。黑洞是具有超强引力的,因此给黑洞拍照最重要的目的,是在强引力场的极端环境下,验证爱因斯坦的广义相对论,并同时细致研究黑洞周围的物质吸积和喷流的形成及传播。可以说,“人类首张黑洞照片”是2016年发现引力波之后,人们寻找到了爱因斯坦广义相对论最后一块缺失的拼图。

拍摄黑洞难在哪里

视界望远镜,涉及全球近10架毫米波望远镜,属于不同国家和地区,要协同合作才能保证同时观测,因此需要多国众多研究所和科学家共同参与完成。全球望远镜组网观测这个黑洞,每年适合的时间窗口只有十来天,2017年就是4月4日至15日左右,非常难得。这些望远镜观测到的数据,必须寄到一个地方进行综合处理分析。过程非常复杂,因此非常耗时。

为何说洗照片更难

在观测成功以后,由于甚长基线干涉阵数据处理相对较为复杂,而且涉及站点很多,每晚的数据量达2PB(1PB=1000000GB)。为了保证准确性,观测数据用三种完全独立的流程,以及多个独立小组进行处理,以保证结果的准确性,直到大家结果相同,才会发布。可谓是拍照不易,洗照片更难。

华中大做了哪方面的研究

这项研究不是哪一个人能完成的,是靠国际团队的通力合作。中国科学家团队主要包括中科院上海天文台、云南天文台、中科院高能所、北京大学、华中科技大学、南京大学、中国科学技术大学等10余位学者,在观测、数据处理和理论分析等方面都有贡献。我主要参与了理论分析。关于本次公布的这个黑洞照片,我和冯建超博士过去几年进行了系列研究,对黑洞吞噬物质过程、黑洞自旋等重要信息做了较好限定,提出这次视界望远镜观测的黑洞图像应该是来自黑洞吞噬的物质,而非相对论性喷流。此外,还发现这个巨型黑洞很有可能是高速自转的。这次拍摄的黑洞照片,较好的支持了我们前面的研究结果。

照片 黑洞 【纠错】编辑:admin
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