人類史上首張黑洞照片4月10日面世,黑洞照片怎麼拍出來的?不是說黑洞也吞沒光線麼?

花美童


黑洞是宇宙中的一種神秘天體,它附近有強大的引力,大到視界處的逃逸速度達到光速,連光也逃不出它的引力,故名黑洞。質量大的恆星經歷超新星爆發後可以形成恆星型黑洞,恆星型黑洞可以通過吞噬周圍的物體或者黑洞合併增加質量,質量更大的超大質量黑洞的形成原因還不是很確切。在很多星系的中間往往就存在著一個質量很大的超大質量黑洞,比如我們生活的銀河系中間就有一個質量約為太陽質量430萬倍的黑洞人馬座A*(注意,它的名字上有一個星號)。

根據理論,黑洞中心有一個密度無限大的奇點。這個點體積無限小,按理說量子力學可以在此大展身手;同時這個點質量非常大,附近的引力非常強,這又是廣義相對論的用武之地。廣義相對論和量子力學還沒有統一在一起,故黑洞這個傢伙吸引了很多物理學家的興趣。

平日裡似乎我們可以看到很多黑洞的照片,不過那些照片並不是拍出來的,可以說是藝術家根據已知的科學事實給出的藝術想象圖。這些圖片可以做的非常優美,能夠吸引無數人對其的嚮往。

黑洞雖然黑,不過黑和不黑之間有一個分界,那個分界就是黑洞的視界。視界之內,我們看不到,在黑洞的視界之外,黑洞吞噬物體時會產生吸積盤、噴流,如果對黑洞的視界進行拍照,就能夠勾勒出黑洞的形象。EHT(事件視界望遠鏡)就是依託地球上的8臺大型射電望遠鏡為黑洞拍照的。獲得了足夠的黑洞照片,就可以幫助人類瞭解星系的形成以及演化,或許還能在其他基礎科學方面有所突破。

對科學家而言,看到了第一張黑洞的照片肯定會非常激動。不過公眾或許就會有些失望了,因為滿懷期待的黑洞玉照並不是那麼好看,遠不如之前看到的想象圖美麗。科學家希望看到的是最真實的圖片。就好像你天天看的朋友圈裡的化妝加美顏的照片比較養眼,而科學家要的是卸了妝後的真容。


刁博


今晚(2019年4月10日)9:00是一個激動人心的時刻,人類拍攝的第一張黑洞的真實照片將第一次呈現在公眾眼前。

黑洞是大質量天體發生重力坍縮,使其周邊空間極度彎曲後的結果。在它巨大的引力作用下,連光線都無法逃脫它的引力場。這使得它看上去是黑的(不發射和反射任何光線),這也是它得名“黑洞”的原因。


圖:黑洞

黑洞本身除了有極其微弱的“霍金輻射”外,不會發出任何光線,這使得人們無法直接觀測到它的外貌。但是,由於巨大的引力,黑洞周圍會彙集一個主要由氣體、塵埃構成的吸積盤。這些物質會相互碰撞發出電磁波,黑洞在吞噬這些物質時也會發出電磁波。這就為我們看見它提供了一個機會。

但這些有黑洞吸積盤發出的電磁波實在是太微弱了,需要用一個非常大口徑的望遠鏡才能夠看見(口徑越大分辨率越高)。這就是“事件視界望遠鏡”大顯身手的時候。

圖:南極望遠鏡

圖:
ALMA望遠鏡

事件視界望遠鏡並不是一臺望遠鏡,而是由多臺射電望遠鏡構成的陣列,這些分佈於地球各處的射電望遠鏡利用甚長基線干涉技術組合在一起形成的望遠鏡,它的口徑為它們之間的距離,這個天文望遠鏡陣列的等效口徑相當於地球的直徑。

圖:


橢圓星系M87

圖:拍攝到的橢圓星系M87核心黑洞的相對論性噴流,長達數光年~十數光年



事件視界望遠鏡的觀測目標是銀河系中心的黑洞(人馬座A*)和橢圓星系M87中心的黑洞。這些射電望遠鏡在同一時間內對準目標進行觀測,然後將觀測到的數據統一到一臺超級計算機那裡進行處理,最後得到結果。

一切結果今晚見……


講科學堂


讓黑洞可視化的關鍵還在於事件視界,黑洞強大的引力會將附近的物質拉向自己,這些物質會繞著黑洞旋轉,最終落入其中,這個過程被稱為“吸積”。

物質在繞行時形成的盤狀結構則被稱為“吸積盤”。

我們現在尚不清楚吸積的詳細過程,但這些物質在進入事件視界之前會因為高速的運動被加熱到數十億度的高溫,還會發出強烈的輻射,我們可以通過觀測這些輻射的影像來獲得黑洞事件視界的剪影

我們或許無法看到黑洞的真容,但我們有機會拍攝到事件視界的照片!

事件視界望遠鏡就是這樣一個專門為獲取黑洞影像的實驗計劃。

項目的主要觀測目標有兩個,一個是我們銀河系中央的特大質量黑洞人“馬座A*”,二是“室女A”星系中心的黑洞。

之所以選定這兩個黑洞作為觀測目標,是因為啊他們的視界面在地球上看起來是最大的。其它黑洞因為距離地球更遠,或者質量大小有限,觀測的難度更大。“人馬座A”黑洞的質量大約相當於400萬個太陽,所對應視界面尺寸約為2400萬公里,相當於17個太陽的大小,然而地球離它26000光年,這意味著視是界面在我們看來大概只有針尖那麼小,就像我們站在地球上去觀看一枚放在月球表面的硬幣!

觀測黑洞視界的最佳波長為一毫米左右,因為氣體在這個波段的輻射最明亮,而且這個波長的電磁波可以完全不被阻擋的從銀河系中心傳播到地球,

在黑洞周圍,電磁波就像是池塘裡的圓形漣漪,但是當它到達地球時,這些漣漪已經成為平面狀!不過要在這個波長下為黑洞成像需要口徑像地球一樣大的望遠鏡,我們沒有這麼大的單個望遠鏡,但是EHT利用全球各地的射電望遠鏡組成網絡,通過干涉測量法來模擬這麼大的望遠鏡,每一個射電望遠鏡都收集並記錄來自於黑洞附近的電磁波信號,然後再將數據集成並計算出事件世界的圖像。

要成功做到這點,所有的這些望遠鏡都必須在時間上同步,為什麼?讓我們用一般觀星用的可見光觀望遠鏡來打個比方,把由全球各地望遠鏡組成的EHT網絡想象成一個巨大的有點弧度的拋物面鏡子!

當平行光進入反射面時,使用特定的反射角度,讓光在同一時間抵達焦點就能獲取最清晰的圖像,

如果鏡子不穩定,例如震動反射的光線將無法同時聚焦,就無法獲得清晰的圖像。對EHT而言,不穩定的信號就像不穩定的鏡面,當EHT的每個望遠鏡都能在時間上同步時,觀測到的資料將能被完美的修正。

EHT利用原子鐘來確保數據的穩定性,原子鐘能精確到每數億年才誤差一秒。

觀測期間所記錄的信息量龐大不得可能靠網絡傳遞EHT用硬盤來記錄數據,各個望遠鏡把數據硬盤運送到位於美國馬薩諸塞州的海斯塔克天文臺,以及位於德國波恩的馬克斯普朗克電波天文研究所。

利用那裡的超級電腦矯正電磁波抵達不同望遠鏡的時間差,這些經過校準的資料將被集成用來製作極佳分辨率的影像,在這數量更多和分佈更廣的望遠鏡的加入EHT就能獲得更清晰的圖像,目前已經有12個射電望遠鏡加入EHT項目這些望遠鏡遍佈世界各地,比如智利、西班牙、夏威夷、北美、墨西哥、甚至是南極洲。

2017年4月,EHT第一次有夠多的參與成員,使陣列達到足以觀測事件視界的角分辨率。八座望遠鏡對人“馬座A”進行了為期五天的觀測。這次的新聞發佈會將宣佈的就是2017年的觀測結果。你想問為什麼等兩年這麼久?剛才說過了,EHT觀測產生的數據量非常龐大,不可能靠網絡來傳遞,在2017年的那五天的觀測期間,每座望遠鏡會蒐集超過500TB的數據,整個陳列產生的數據約7000TB將裝滿1000到2000個硬盤,這些硬盤將通過郵寄的方式集中,你可能還記得其中有一個望遠鏡位於南極

那裡的極端氣候,每年的2月到10月沒有航班,硬盤等到2017年10月才被運出,又輾轉了一個月才送達,此後需要大約一年的時間,等待超級電腦對數據進行合併並分析。

事件視界望遠鏡的觀測對於科學研究有著非常重大的意義,天文學家們希望能夠通過這一觀測結果,藉此檢驗愛因斯坦的引力理論

對事件視界這一極端環境的預測,並對愛因斯坦的廣義相對論做出最為嚴格的限制。

與此同時,黑洞圖像將幫助我們回答星系中的壯觀噴流是如何產生並影響星系演化的!

此前,科學家們已經根據廣義相對論建立了數學模型,

通過計算機模擬獲得了可能的黑洞圖像,

但這是科學家型中的理想途徑,實際上得到的黑洞圖像可能要差很多,

但無論最終的圖像如何,即便是隻能夠看到幾個像素,

此次事件視界望遠鏡的觀測也將是人類黑洞觀測史上的重要一步,


檸檬老王子


打個比方,水流漩渦見過吧,大多數人都見過,但漩渦裡的情況有幾人知道,不確定吧,那你為什麼會確定這是個漩渦呢,因為它周圍的水流物質的集中匯聚現象讓人能認識到它,這就好比黑洞,你不能確切的描述黑洞的情形,但你可以通過它周圍的能量,物質的彙集,消失,放射,塌陷等等的現象來確定黑洞的位置,至於更深層次的黑洞樣貌,以我們目前的科技手段還不能完成對其完整的描述和呈現,但對於此次多個國家聯合完成拍攝分析的這張黑洞的照片,我們應該抱以期待,無論它長什麼樣子,我們都是幸運的,因為這是自有人類意識到黑洞存在後的首張真正意義上的黑洞照片。🙏🙏🙏




緣來緣散wbq


黑洞拍攝不到,但是黑洞的引力會吸收周圍的物質。強大的引力在黑洞四周形成吸積盤,吸積盤中的物質高速運動,物質之間摩擦生熱,所以吸積盤的溫度很高。

拍攝到了高溫吸積盤,物質從吸積盤內測不斷“消失”,吸積盤圍繞的區域就是黑洞。


飛魚科普


我認為人類到現在還沒有這個能力拍到確切的黑洞照片,今天既將公佈的黑洞照片,只能是人類對準黑洞存在的區域進行拍照,然後放大後進行修復,再放大再修復的反覆修復結果。


天澤方圓之楊春順


黑洞照片在哪裡啊,我看不到啊!


用戶173853146


這次拍攝的照片仍在黑洞外面,不過對成像黑洞視界放大了。這次拍攝的方法稱為,甚長基線干涉測量法。由於只有十幾個位置有望遠鏡,黑洞圖象的一些信息仍是缺失的。由科學家開發的成像算法,填補了這些數據空白,以便重建黑洞的圖像。後由七臺望遠鏡作出進一步的驗證,結果令人比較滿意。請指正。


手機用戶54578927414


黑洞!產生能量的匯聚!這也結示了空間太以下的偉大包容力!宇宙萬物存在於太以空間!其實生物也是一個個能量匯聚空間!離開了能量的匯聚與放散,世界不會存在生命!世界離開了矛盾!一切生命將不復存在!一一一引航者!


法度之家


人類史上首張黑洞照片4月10日面世,黑洞照片怎麼拍出來的?不是說黑洞也吞沒光線麼?

神拍攝——那一定是神拍攝。

黑洞吞沒光,照片怎麼拍出來,那一定是神作為——一定。

因為,拍攝吞沒光的黑洞,人類只能想象……

讓我們永遠銘記2019年4月10日——

神拍攝面世的這個莊嚴時刻。


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