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首张黑洞照片披露 证实爱因斯坦广义相对论

2019-04-11 02:16:30   来源:科技生活在线   评论:0   [收藏]   [评论]
导读:小编按:与上海一样,全球其他5个个城市(比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国台北、日本东京、美国华盛顿)也都在同一时间公布了这张令人兴奋的照片,宣布已经成功获得了超大黑洞的第一个直接视觉证据。

  黑洞,一个充满想象力的名词,一类真实的天文实体。北京时间4月10日晚21:07分,世界上第一幅黑洞的照片终于在中国上海天文台306会议室揭开了面纱。

  与上海一样,全球其他5个个城市(比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国台北、日本东京、美国华盛顿)也都在同一时间公布了这张令人兴奋的照片,宣布已经成功获得了超大黑洞的第一个直接视觉证据。

  《天体物理学杂志通信》也于4月10日以特刊的形式,通过6篇论文发表了有关黑洞图像的这一重大结果。该图像揭示了室女座星系团中超大质量星系M87中心的黑洞。这个黑洞距离地球太远了,有5500万光年,黑洞的质量为太阳的65亿倍!

  “虚拟”望远镜的灵敏度和分辨本领前所未有

  黑洞图像是由“事件视界望远镜(EHT)”项目组织实施获得的。它把地球上的8台射电望远镜组合起来,形成了一个口径如地球大小的“虚拟”望远镜,所达到的灵敏度和分辨本领都是前所未有的,为科学家们提供了研究宇宙中最极端天体的新手段。

  “我们捕获到了黑洞的首张照片。”哈佛大学教授、EHT项目主任谢泼德·多尔曼说:“这是一项由200多位科研人员组成的团队完成的非凡的科研成果。”

  黑洞是一种具有超强引力的宇宙天体。这种天体的存在以极端的方式影响着周围的环境,让时空弯曲,并将周围的气体吸进来。在此过程中,气体的引力能转化成热能,因此气体的温度变得很高,会发出强烈的辐射。

  EHT科学委员会主席、来自荷兰拉德堡德大学的海诺·法尔克解释道:“如此一来,黑洞就像沉浸在一片类似发光气体的明亮区域内,会形成一个类似阴影的黑暗区域。这正是爱因斯坦广义相对论所预言的,以前我们从未见过。”

  照片证明了爱因斯坦广义相对论的正确

  黑洞图像的获得,令中科院上海天文台台长沈志强无比兴奋:“最重要的是证明了爱因斯坦广义相对论是对的。”爱因斯坦一百年前的理论,一直受到某些人的质疑,现在全球8台射电望远镜合力观测,在拿到第一张黑洞图像的同时,也给爱因斯坦广义相对论做了有力的论证。

  EHT项目是由美国麻省理工学院的科学家们联合全球其它研究机构的科研人员实施的。2016年,科学家们提出了实施项目的意向,2017年4月,设在全球多地的8台亚毫米射电望远镜开始了“拍照”工作。之后是大量的数据处理,对结果的可靠性也做了充分的比较分析,“到现在才有幸向全世界发布。” 作为EHT国际合作成员的沈志强对照片的准确性与可信度充满自信。

  天文学界玩起了“黑洞手法”

  像黑洞的名字一样,这一次国际天文学界也玩起了“黑洞手法”:对玄奥的、深不可测的黑洞,采取提前一周左右就在全球极力宣扬要在10日公布世界第一张黑洞的照片,预热,炒作,辟谣,兼带着天文学家、物理学家们在没看到照片情况下的猜测性解说及科普,全球被深深地“裹挟”到了黑洞新闻中。在普罗大众眼里,一周来的科技界,仿佛只有黑洞一件事,其他科学都不存在。

  一个比一个更形象的比喻也纷纷涌现。在黑洞图像新闻预热阶段,有专家接受媒体采访时称,说获得黑洞的照片,相当于从地球上看清了月球上的一个橙子。中科院上海天文台研究员路如森在黑洞第一张图像公布后对记者说,橙子的比喻大致是对的。不过用他自己的比喻似乎更甚:这张黑洞图像所看清的部分,相当于从美国纽约看到巴黎咖啡馆里客人正在读着的一张报纸上的文字!

  在黑洞照片没有面世之前,很多人就有疑问:既然黑洞巨大的质量引力使得光都逃逸不掉,那么科学家是怎么把没光的东西拍出来的呢?路如森解释说,平时我们到医院去做核磁共振所看到的片子,也是通过测量人体局部图像的不同空间频率成份重构出来的。 “黑洞照片的重构与此同理。”

  中国科学家参与研究

  中国科学家参与了黑洞图像的观测与研究工作。从10日发表在《天体物理学杂志通信》的论文署名看,中国大陆一共有16位科学家参与了这项研究工作,其中上海本地就有8位研究员参加,其他人员来自云南天文台、中科院高能物理所、南京大学、北京大学、中国科技大学、华中科技大学。此外,中国台湾也有部分科学家参与了这项研究工作。

  中国科学家长期关注高分辨率黑洞观测和黑洞物理的理论与数值模拟研究,在EHT国际合作形成之前就已开展了多方面具有国际显示度的相关工作。在此次EHT合作中,中国科学家在早期EHT国际合作的推动、EHT望远镜观测时间的申请、夏威夷JCMT望远镜的观测、后期的数据处理和结果理论分析等方面做出了贡献。(科技日报)
 

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  首张黑洞照片披露 将在更多地区增加新观测点

  4月10日21点,事件视界望远镜(EHT)项目主任谢泼德·多尔曼在中国上海向全球宣布。

  据介绍,此次发布的黑洞图像揭示了室女座星系团中超大质量星系 M87中心的黑洞,其距离地球 5500万光年,质量为太阳的 65 亿倍。该图像的许多特征与爱因斯坦广义相对论的预言完全相一致,在强引力极端环境下进一步验证了广义相对论。通过研究这个图像,人类将揭示出黑洞这类天体更多本质。

  天文学家捕捉到的第一张黑洞图像,预示着我们对宇宙中最神秘物体的理解将发生一场革命。这张照片显示的是一个由尘埃和气体组成的光环,它勾勒出了一个巨大黑洞的轮廓。

  实际上,黑洞本身是看不见的,它更像是一个宇宙的旋转门,光和物质都无法从中逃脱。但是此次观测第一次将天文学家带到了它的临界点,照亮了所有已知物理定律都无法逾越的视界。

  这张突破性的照片由事件视界望远镜(EHT)拍摄,这是一个由8架射电望远镜组成的网络,覆盖了从南极洲到西班牙和智利的多个地区,参与拍摄的科学家超过200人。

  谢泼德·多尔曼表示:“黑洞是宇宙中最神秘的物体,我们看到了我们认为看不见的东西,我们拍了一张黑洞的照片。”

  这张照片让我们第一次直接看到了黑洞的吸积盘,这是一个由气体和尘埃组成的模糊的甜甜圈形状的圆环,不断地“喂养”着黑洞内部的“怪物”。

  黑洞为啥一边亮一边暗?一侧粒子的速度更快

  据《卫报》介绍称,EHT接收吸积盘内粒子发出的辐射,这些粒子在以接近光速的速度绕黑洞旋转时被加热到数十亿度,然后消失在黑洞中。

  在这张图片中,光环看起来像月蚀,这是因为旋转向地球的圆盘一侧的粒子被更快地抛向我们,因此看起来更明亮。黑洞内部的黑影标志着视界的边缘,也就是无法返回的点,超过这个点,任何光或物质都无法以足够快的速度逃离黑洞不可阻挡的引力。

  黑洞最早是由爱因斯坦的相对论预言的——尽管爱因斯坦本人对黑洞是否真的存在持怀疑态度。从那以后,天文学家们积累了大量的证据,证明这些宇宙中的神秘存在就在那里,包括最近发现的引力波。

  但是,黑洞是如此的小、黑暗和遥远,直接观测它们需要一台分辨率相当于在月球上看到百吉饼的望远镜。这曾经被认为是一个无法克服的挑战。

  而此次,EHT综合了来自世界8个主要射电天文台的数据,包括智利的阿塔卡马大型毫米阵列(Alma)和南极望远镜的数据,获得了必要的支持,创造了一个相当于地球大小的巨大望远镜。

  2017年开始观测时,EHT有两个主要目标。首先是人马座A*,银河系中心的黑洞,它的质量大约有400万个太阳。第二个目标是M87星系中的一个超大质量黑洞,相当于60亿个太阳的光和物质消失在黑洞中,而后者正是此次披露的黑洞照片的主角。

  2017年的一个晚上,一切都聚在了一起

  该项目的成功取决于同时在几个大陆上晴朗的天空和八个遥远的团队之间的精细协调。在不同地点的观测是用原子钟来协调的,原子钟被称为氢脉泽,精确到每1亿年一秒钟。

  直到2017年的一个晚上,一切都聚在了一起。“我们非常幸运,天气非常好,”总部位于伦敦大学学院的EHT合作成员Ziri Younsi说。

  这些射电望远镜产生的数据量也是空前的——一个晚上EHT产生的数据就和大型强子对撞机一年产生的数据一样多。这意味着要等上几个月才能拿到南极的数据,而南极的数据只能在南极冬季结束时发出。

  这些观测结果已经让科学家们对黑洞附近的奇妙环境有了新的认识,那里的引力是如此之大,以至于我们所知道的现实已经扭曲得面目惊心。

  在视界上,光在黑洞周围弯曲成一个完美的圆圈,这意味着如果你站在那里,你就能看到自己的后脑勺。

  此次观测还提供了迄今为止爱因斯坦广义相对论最严格的测试之一,广义相对论预测了黑洞光环的圆形形状,与EHT所观测到的一致。

  科学家们还希望了解更多关于喷流的起源,喷流从一些黑洞的两极以接近光速喷射而出,创造出可以在宇宙中被发现的明亮的信标。

  遗憾:内部结构仍然成谜

  然而,这些观测结果还没有揭示出黑洞神秘的内部结构。

  “黑洞不是视界,而是它的内部。它可能是视界内的什么东西,一个奇异的物体在表面下盘旋,或者它可能是中心的一个奇点……或者是一个环,”Ziri Younsi说。“此次观测还没有给我们解释里面发生了什么。

  EHT科学委员会主席海诺·福尔克说:“对我来说,最大的问题是我们是否能超越这个极限(黑洞的视界)。答案可能是否定的。“这令人沮丧,但我们必须接受。”

  在新闻发布会上,现场科学家表示,将在未来更多地区增加新的观测点,以便进一步提升观测的精确程度。(红星新闻)

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