黑洞 我们“看到”你了!

全球多地天文学家同步公布首张黑洞真容

神秘天体黑洞终于被人类“看到”了。数百名科研人员参与合作的“事件视界望远镜”项目4月10日在全球多地同时召开新闻发布会,发布他们拍到的第一张黑洞照片。照片“主角”是室女座超巨椭圆星系M87中心的超大质量黑洞。照片展示了一个中心为黑色的明亮环状结构,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。

◎首次被拍到

显现一个中心为黑色的明亮环状结构

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。

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。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告诉记者。

历时约两年,完成拍摄和图像构建工作

“事件视界望远镜”项目的协作委员会主席及照片数据分析机构的负责人安东·岑苏斯介绍,这个项目的主要任务是拍摄两个黑洞。一个位于银河系中心,名为“人马座A*”,是距离我们最近的超大质量黑洞；另一个就是位于银河系邻近星系M87中心的黑洞,它的质量要大得多。它们是按人类“现有的能力”确定的“理想观测对象”。

即使最近的“人马座A*”,距地球也有2.6万光年,M87更是距离地球5500万光年。给这么远的对象拍照,需要举全球之力。岑苏斯说,这一名为“事件视界望远镜”的项目团队由来自全球的数百名研究人员组成,集合了分布在全球各地的多个射电望远镜。

据介绍,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,并在当年年底送到了马克斯·普朗克射电天文研究所和美国麻省理工学院分析。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。

因中国的两个望远镜正好位于灵敏度非常高的ALMA阵列的背面位置,所以未参与观测。但中国科学院上海天文台直接参与了位于美国夏威夷的东亚JCMT望远镜对黑洞的观测,中国其他科研机构的多名研究人员也以不同形式参与了后期数据的分析和解读。

只是开始,未来将拍摄质量更好的照片

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。

“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。”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“噪音”又最小。

岑苏斯表示,首次发布黑洞照片“只是开始”。“我们未来会扩大阵列望远镜的数量规模,提高灵敏度和分辨率,继续观测两个黑洞在不同阶段的变化,甚至对新的黑洞进行观察,拍摄新的、质量更好的照片。”

◎什么是黑洞?

恒星塌缩形成,可捕捉任意靠近它的物质

“事实有时候比小说更奇怪,黑洞最能真实体现这一点,它比科幻作家梦想的任何东西都更奇怪。”霍金在最后一本著作《十问:霍金沉思录》中这样写道。

科学界普遍认为,黑洞是宇宙中最神秘的天体,几乎所有质量都集中在最中心的“奇点”处,其周围形成一个强大的引力场,在一定范围之内,连光线都无法逃脱。这个边界称作“事件视界”。通俗些说,黑洞就是中心的一个密度无限大、时空曲率无限高、体积无限小,热量无限大的奇点和周围一部分空空的天区,这个天区范围之内不可见。

黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程:某一个恒星在准备灭亡,核心在自身重力的作用下迅速地收缩,塌陷,发生强力爆炸。当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止,被压缩成一个密实的星体,同时也压缩了内部的空间和时间。但在黑洞情况下,由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去,连中子间的排斥力也无法阻挡。中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末,剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。由于高质量而产生的引力,使得任何靠近它的物体都会被它吸进去。

研究成果不断,引力波探测项目证实存在

时空中的无底深渊、深藏不露的引力陷阱……黑洞是天文物理史上最引人注目的研究课题之一,更是科幻小说等多种文艺作品中的常见“角色”。

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”。不过,那时天文学家对此讨论不多。

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,科学界不断收获关于黑洞的研究成果。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。

2015年堪称黑洞研究的一个小高峰:引力波探测项目为黑洞的存在提供了明确证据。

据新华社

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