今晚9时发布的人类首张黑洞照片,上海天文台也有贡献!

北京时间4月10日21点,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、美国华盛顿)将以英语、西班牙语、汉语和日语四种语言,通过协调召开全球新闻发布会,事件视界望远镜(EHT)将宣布一项与超大质量黑洞照片有关的重大成果。

在上海,EHT项目和中国科学院将在中科院上海天文台共同发布这一重大成果。这可能是今年科学界最大的一件事。

小微姐了解到,上海天文台的科学家们也参与到了这项壮举中,而具体贡献了哪些力量,将在今晚的发布会上透露。

在此之前,关于黑洞照片的一些问题你可能想了解。

今晚9时发布的人类首张黑洞照片,上海天文台也有贡献!

黑洞是什么?

理论上,黑洞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,该势力范围称作黑洞的半径或称作事件视界(event horizon)。

宇宙中,天文学家们根据质量将宇宙中的黑洞分成三类:恒星级质量黑洞(几十倍至上百倍太阳质量)、超大质量黑洞(几百万倍太阳质量以上)和中等质量黑洞(介于前两者之间)。

今晚9时发布的人类首张黑洞照片,上海天文台也有贡献!

致密天体根据质量的分类,图片来源:NASA

如何确认黑洞的存在?真的有黑洞吗?

黑洞的名字,乍一听,黑的洞,那是不是表明没法看见;如果没法看见,那怎么就知道它存在呢?在这次拍照前,天文学家们是通过各种间接的证据来表明黑洞的存在,主要有三类代表性证据。

第一,恒星、气体的运动透露了黑洞的踪迹。黑洞有强引力,对周围的恒星、气体会产生影响,于是我们可以通过观测这种影响来确认黑洞的存在。

第二,根据黑洞吸积物质(类似于“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,无不说明了黑洞真实存在。但这些还是间接的证据,人类还想直接“看”到黑洞,于是,通过全球科学家的广泛合作和持续努力,终于直接拍到即将问世的首张黑洞照片。

今晚9时发布的人类首张黑洞照片,上海天文台也有贡献!

银心附近恒星的运动截图,图片来源:Keck/UCLA Galactic Center Group

为什么要给黑洞拍照?

通过这种拍摄的方式,相当于第一次直接帮助人类确认黑洞的存在。

在此之前了,不管是从理论上,还是观测到的,都表明黑洞是存在的,但是这些都是间接的方式,现在通过这种拍摄的方式,真正的可以确认黑洞确实是存在。

今晚9时发布的人类首张黑洞照片,上海天文台也有贡献!

给黑洞拍照,是要拍一张怎样照片?

广义相对论预言,由于黑洞的存在,我们将会看到中心区域存在一个由于黑洞视界而形成的阴影(shadow),其周围环绕一个由吸积或喷流辐射造成的如新月状的光环,由于黑洞的自旋及与观测者视线方向的不同,光环的大小约为4.8-5.2倍史瓦西半径(注:史瓦西半径指没有自旋的黑洞的事件视界半径)。

今晚9时发布的人类首张黑洞照片,上海天文台也有贡献!

黑洞照片会是怎样的?

吴学兵表示,由于黑洞自身是不发光的,人们看到的发光实际都来自于事件视界外面的物质,并不来自于黑洞本身,但黑洞的存在会在照片上留下「阴影」。

其次,由于黑洞强引力导致的相对论效应,如光线弯曲、引力红移等,会导致黑洞周围物质发光的不对称和扭曲。

此外,事件视界外面的「环境」并不完全干净,尘埃、气体、磁场、喷流等因素都会对事件视界外物质的发光产生影响。而且,事件视界望远镜的分辨率毕竟还是有限的,图像的测量和重构过程也很复杂。

因此,拍到的照片不一定是非常美观和清晰的。但究竟如何,还有待今晚揭晓。


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