黑洞正式亮相
星系中心的超大质量黑洞(电脑合成图)
黑洞正式“出境”——这一神秘天体终于被人类“看到”了!
北京时间10日晚9时,全球六地(比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海和台北、日本东京和美国华盛顿)通过协调召开全球新闻发布会,公布了首张黑洞照片。
照片“主角”是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。
“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。
“看”得远、“看”得清仍然不够,给黑洞拍照还要“看”得准。“观看电视节目要选对频道,黑洞影像也必须在合适的波段才能观测。”上海天文台研究员路如森说,最佳波段在1毫米附近,这一波段的黑洞光环最明亮,而背景“噪声”又最小。
美国亚利桑那大学天文学副教授丹尼尔·马罗内认为,黑洞之所以重要,是因为它在长时间尺度上会影响宇宙演化。但人们并没有完全了解黑洞如何吞噬物质,然后又将其中一部分以接近光速向外喷射,影响其所在星系。黑洞照片不仅将为广义相对论提供新信息,也有助于了解黑洞喷流的形成过程。
■相关
曝光黑洞
中国科学家贡献不小
据媒体报道,拍照工作大约两年前正式启动,位于欧洲、美洲、大洋洲和南极洲的8个天文台参与。观测数据于2017年4月完成收集,2018年6月至11月,各地科学家基于这些数据进行图像构建工作。此后直至今年4月,是相关论文的撰写和同行评议阶段。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、台湾大学等高校参与了其中的工作,这也是中国上海和台北两地联合举办新闻发布会的原因。
上海交通大学物理与天文学院特别研究员祖颖表示,之所以选择在上海发布这一项重大成果,是对中国现代天文学飞速发展的一个肯定。另外,也代表了国际科学界对中国科技实力的重视,伴随着我们国家大型科学装置的设计和建造水平的提高,如贵州的全世界最大的单口径500米射电望远镜的成功运行,相信在未来的科学发展高光时刻有更多中国科学家的身影。
■名词
“事件视界”与“事件视界望远镜”
黑洞具有的超强引力使得光也无法逃脱它的势力范围,该势力范围称作黑洞的“事件视界”。而“事件视界望远镜”项目则是通过这个拥有地球直径的“虚拟望远镜”直接观测到了黑洞边缘的图像。
“事件视界望远镜”实际上尝试观测的是黑洞的“事件视界”。经数年精心准备,“事件视界望远镜”项目的国际科研团队通力合作,借助分布在世界多地的8个射电望远镜联合观测,再经过近两年的数据处理及理论分析,终于成功获得第一张黑洞照片。
经大约两年的数据处理及理论分析,照片才成功“冲洗”出来。“事件视界望远镜”项目专家认为,与理论预测一致,这也证明拍到的就是黑洞。
■解惑
黑洞这么“黑”
科学家如何看见它
根据著名理论物理学家霍金的理论,黑洞“事件视界”并非“有去无来”的单行车道。尽管物体一旦被吸入黑洞就会永远消失,但如果经过数十亿年的时间,黑洞可能会“渗出”一些被吸入物质的蛛丝马迹。
由于黑洞非常遥远且半径很小,以往设施没有足够的分辨率来直接观测黑洞,而是用观察周围恒星运动、吸积盘和喷流乃至引力波等间接方法来进行探测。
为了提高望远镜空间分辨率,来自全球多个国家30多个研究所的200多名科研人员开展了一项庞大的观测计划,他们将分布在全球不同地区的多个射电望远镜组成一个阵列进行联合观测,这就相当于获得了一个口径宛如地球大小的巨型望远镜,这就是“事件视界望远镜”项目。专家们说,黑洞照片将帮助我们了解为何黑洞能对宇宙中的天体产生深刻影响。
■声音
“观测结果与理论预言非常一致,这证实在黑洞这样的极端条件下,广义相对论仍然成立。”——中国科学院上海天文台台长沈志强
“黑洞的暗影区域和光环,相当于打开一扇窗,未来可以更好地重构黑洞‘吞噬’的物理过程,深入了解这个过程中发生的奇异事件。”——上海天文台研究员路如森
■贴士
●自上世纪中期开始,人们对黑洞的探秘就从未停止过。200多年前,英国的米歇尔和法国的拉普拉斯就曾提出: 一个质量足够大但体积足够小的恒星会产生强大的引力,以致连光线都不能从其表面逃走,因此这颗星是完全“黑”的,但这一推论随后被人遗忘。
●1915年爱因斯坦发表广义相对论不久,德国数学家史瓦西证明,如果某天体的半径小于某个数值(史瓦西半径),那么该天体就应该是“黑”的,无法被我们看到。科学家们把这些引力极强而又“看不到”的特殊天体称为“黑洞”。
●天文学家通常把这些质量为几个到一百个太阳质量的黑洞叫恒星级黑洞。后来的观测表明像我们银河系这样的正常星系中心也存在质量在百万太阳质量以上的黑洞,天文学家把这类黑洞叫超大质量黑洞。最可能对其事件视界直接成像的黑洞是离我们很近的两个超大质量黑洞,即人马座方向银河系中心和室女座超巨椭圆星系M87中心的超大质量黑洞。
本版文字综合新华社、中新、中广报道
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