人类史上首张黑洞照片4月10日面世,黑洞照片怎么拍出来的?不是说黑洞也吞没光线么?

花美童


今晚(2019年4月10日)9:00是一个激动人心的时刻,人类拍摄的第一张黑洞的真实照片将第一次呈现在公众眼前。

黑洞是大质量天体发生重力坍缩,使其周边空间极度弯曲后的结果。在它巨大的引力作用下,连光线都无法逃脱它的引力场。这使得它看上去是黑的(不发射和反射任何光线),这也是它得名“黑洞”的原因。


图:黑洞

黑洞本身除了有极其微弱的“霍金辐射”外,不会发出任何光线,这使得人们无法直接观测到它的外貌。但是,由于巨大的引力,黑洞周围会汇集一个主要由气体、尘埃构成的吸积盘。这些物质会相互碰撞发出电磁波,黑洞在吞噬这些物质时也会发出电磁波。这就为我们看见它提供了一个机会。

但这些有黑洞吸积盘发出的电磁波实在是太微弱了,需要用一个非常大口径的望远镜才能够看见(口径越大分辨率越高)。这就是“事件视界望远镜”大显身手的时候。

图:南极望远镜

图:
ALMA望远镜

事件视界望远镜并不是一台望远镜,而是由多台射电望远镜构成的阵列,这些分布于地球各处的射电望远镜利用甚长基线干涉技术组合在一起形成的望远镜,它的口径为它们之间的距离,这个天文望远镜阵列的等效口径相当于地球的直径。

图:


椭圆星系M87

图:拍摄到的椭圆星系M87核心黑洞的相对论性喷流,长达数光年~十数光年



事件视界望远镜的观测目标是银河系中心的黑洞(人马座A*)和椭圆星系M87中心的黑洞。这些射电望远镜在同一时间内对准目标进行观测,然后将观测到的数据统一到一台超级计算机那里进行处理,最后得到结果。

一切结果今晚见……


讲科学堂


其实这个吞没光线也是有范围的。

这个事可以这么理解,我们要摆脱地球或者太阳系,其实是需要一定速度的,摆脱地球的叫做第二宇宙速度,是11.2km/s,而摆脱太阳系的叫做第三宇宙速度,是16.7km/s。

而本质上我们是在摆脱天体的引力。

后来,科学家就在想,宇宙中的能量,物质和信息的最快速度是光速(相对论的限制)

那有木有逃逸速度超过光速的天体呢?那样的话不就是连光都跑不出去了么?

科学家推导发现逃逸速度为光速的天体半径。半径大小取决于天体自身的质量。我们管这个半径叫做史派西半径。

也就是说,在这个半径范围内,光是跑不出的,而在这个半径范围外,还是能看到光的。所以也这个半径为基础有个事件视界。

在这个事件视界外,我们一般都能看到很亮的吸积盘(这个亮还和红移有关)。

所以,我们看到的光其实是黑洞的禁区之外的,禁区之内的其实都被它吸走了。<strong>


钟铭聊科学


黑洞是宇宙中的一种神秘天体,它附近有强大的引力,大到视界处的逃逸速度达到光速,连光也逃不出它的引力,故名黑洞。质量大的恒星经历超新星爆发后可以形成恒星型黑洞,恒星型黑洞可以通过吞噬周围的物体或者黑洞合并增加质量,质量更大的超大质量黑洞的形成原因还不是很确切。在很多星系的中间往往就存在着一个质量很大的超大质量黑洞,比如我们生活的银河系中间就有一个质量约为太阳质量430万倍的黑洞人马座A*(注意,它的名字上有一个星号)。

根据理论,黑洞中心有一个密度无限大的奇点。这个点体积无限小,按理说量子力学可以在此大展身手;同时这个点质量非常大,附近的引力非常强,这又是广义相对论的用武之地。广义相对论和量子力学还没有统一在一起,故黑洞这个家伙吸引了很多物理学家的兴趣。

平日里似乎我们可以看到很多黑洞的照片,不过那些照片并不是拍出来的,可以说是艺术家根据已知的科学事实给出的艺术想象图。这些图片可以做的非常优美,能够吸引无数人对其的向往。

黑洞虽然黑,不过黑和不黑之间有一个分界,那个分界就是黑洞的视界。视界之内,我们看不到,在黑洞的视界之外,黑洞吞噬物体时会产生吸积盘、喷流,如果对黑洞的视界进行拍照,就能够勾勒出黑洞的形象。EHT(事件视界望远镜)就是依托地球上的8台大型射电望远镜为黑洞拍照的。获得了足够的黑洞照片,就可以帮助人类了解星系的形成以及演化,或许还能在其他基础科学方面有所突破。

对科学家而言,看到了第一张黑洞的照片肯定会非常激动。不过公众或许就会有些失望了,因为满怀期待的黑洞玉照并不是那么好看,远不如之前看到的想象图美丽。科学家希望看到的是最真实的图片。就好像你天天看的朋友圈里的化妆加美颜的照片比较养眼,而科学家要的是卸了妆后的真容。


刁博


就在刚刚,第一张黑洞照片已经发布了,可以看到吸积盘、能量喷流等结构。黑洞并不是吞噬“光”,而是视界内的逃逸速度超过光速,光也无法逃逸出来。

视界这个东西可以参照地球的逃逸速度理解,地球发射火箭,只有速度达到第一宇宙速度即7.9公里每秒,才能摆脱地球引力在太空中绕地球飞行。视界就是这么个东西,是可以通过已有理论计算的,就是引力达到物体以光速飞行时也无法从黑洞内部逃逸出来的速度。但是视界之外就不一样了,还是以地球为例子,距离地球越远引力越小是已经确定的,黑洞也是一样的,距离足够远的时候 ,逃逸速度就小于光速了,所以黑洞在吞噬周围物质的时候在视界界面外的能量释放是比较剧烈的,理论上可以观测,只是以往的观测方式难以实现。

以往科学家认为黑洞存在,更多的是通过间接观测证据,比如银河系中央的黑洞,它们绕着中央一颗“看不见”的神秘天体,以十分高的速度旋转,轨道偏心率也比较高,只有引力十分巨大的天体才能达到这个效果,理论上可以吸引整个星系物质围绕旋转的天体只有黑洞一个了。今晚发布的这个是直接观测的,虽说是直接观测,但是以一台大型射电望远镜还是十分吃力的,科学家想到的办法就是将位于全球的8座天文台的信号同步,使得数据捕捉量数倍数十倍的提高,观测灵敏度非常高,使得遥远黑洞辐射的信号也能被捕捉到了。

除此之外,今晚发布的这颗黑洞,还用了引力透镜效应等广义相对论中的理论,实现了对黑洞信号的“极限”放大,未来随着加入事件视界望远镜(EHT)的望远镜的增多,人类将观测到更多神秘的天体事件。同时这也是一次重大的国际合作项目,验证了以往人类理论科学的正确性。


来看世界呀


让黑洞可视化的关键还在于事件视界,黑洞强大的引力会将附近的物质拉向自己,这些物质会绕着黑洞旋转,最终落入其中,这个过程被称为“吸积”。

物质在绕行时形成的盘状结构则被称为“吸积盘”。

我们现在尚不清楚吸积的详细过程,但这些物质在进入事件视界之前会因为高速的运动被加热到数十亿度的高温,还会发出强烈的辐射,我们可以通过观测这些辐射的影像来获得黑洞事件视界的剪影

我们或许无法看到黑洞的真容,但我们有机会拍摄到事件视界的照片!

事件视界望远镜就是这样一个专门为获取黑洞影像的实验计划。

项目的主要观测目标有两个,一个是我们银河系中央的特大质量黑洞人“马座A*”,二是“室女A”星系中心的黑洞。

之所以选定这两个黑洞作为观测目标,是因为啊他们的视界面在地球上看起来是最大的。其它黑洞因为距离地球更远,或者质量大小有限,观测的难度更大。“人马座A”黑洞的质量大约相当于400万个太阳,所对应视界面尺寸约为2400万公里,相当于17个太阳的大小,然而地球离它26000光年,这意味着视是界面在我们看来大概只有针尖那么小,就像我们站在地球上去观看一枚放在月球表面的硬币!

观测黑洞视界的最佳波长为一毫米左右,因为气体在这个波段的辐射最明亮,而且这个波长的电磁波可以完全不被阻挡的从银河系中心传播到地球,

在黑洞周围,电磁波就像是池塘里的圆形涟漪,但是当它到达地球时,这些涟漪已经成为平面状!不过要在这个波长下为黑洞成像需要口径像地球一样大的望远镜,我们没有这么大的单个望远镜,但是EHT利用全球各地的射电望远镜组成网络,通过干涉测量法来模拟这么大的望远镜,每一个射电望远镜都收集并记录来自于黑洞附近的电磁波信号,然后再将数据集成并计算出事件世界的图像。

要成功做到这点,所有的这些望远镜都必须在时间上同步,为什么?让我们用一般观星用的可见光观望远镜来打个比方,把由全球各地望远镜组成的EHT网络想象成一个巨大的有点弧度的抛物面镜子!

当平行光进入反射面时,使用特定的反射角度,让光在同一时间抵达焦点就能获取最清晰的图像,

如果镜子不稳定,例如震动反射的光线将无法同时聚焦,就无法获得清晰的图像。对EHT而言,不稳定的信号就像不稳定的镜面,当EHT的每个望远镜都能在时间上同步时,观测到的资料将能被完美的修正。

EHT利用原子钟来确保数据的稳定性,原子钟能精确到每数亿年才误差一秒。

观测期间所记录的信息量庞大不得可能靠网络传递EHT用硬盘来记录数据,各个望远镜把数据硬盘运送到位于美国马萨诸塞州的海斯塔克天文台,以及位于德国波恩的马克斯普朗克电波天文研究所。

利用那里的超级电脑矫正电磁波抵达不同望远镜的时间差,这些经过校准的资料将被集成用来制作极佳分辨率的影像,在这数量更多和分布更广的望远镜的加入EHT就能获得更清晰的图像,目前已经有12个射电望远镜加入EHT项目这些望远镜遍布世界各地,比如智利、西班牙、夏威夷、北美、墨西哥、甚至是南极洲。

2017年4月,EHT第一次有够多的参与成员,使阵列达到足以观测事件视界的角分辨率。八座望远镜对人“马座A”进行了为期五天的观测。这次的新闻发布会将宣布的就是2017年的观测结果。你想问为什么等两年这么久?刚才说过了,EHT观测产生的数据量非常庞大,不可能靠网络来传递,在2017年的那五天的观测期间,每座望远镜会搜集超过500TB的数据,整个陈列产生的数据约7000TB将装满1000到2000个硬盘,这些硬盘将通过邮寄的方式集中,你可能还记得其中有一个望远镜位于南极

那里的极端气候,每年的2月到10月没有航班,硬盘等到2017年10月才被运出,又辗转了一个月才送达,此后需要大约一年的时间,等待超级电脑对数据进行合并并分析。

事件视界望远镜的观测对于科学研究有着非常重大的意义,天文学家们希望能够通过这一观测结果,借此检验爱因斯坦的引力理论

对事件视界这一极端环境的预测,并对爱因斯坦的广义相对论做出最为严格的限制。

与此同时,黑洞图像将帮助我们回答星系中的壮观喷流是如何产生并影响星系演化的!

此前,科学家们已经根据广义相对论建立了数学模型,

通过计算机模拟获得了可能的黑洞图像,

但这是科学家型中的理想途径,实际上得到的黑洞图像可能要差很多,

但无论最终的图像如何,即便是只能够看到几个像素,

此次事件视界望远镜的观测也将是人类黑洞观测史上的重要一步,


柠檬老王子


打个比方,水流漩涡见过吧,大多数人都见过,但漩涡里的情况有几人知道,不确定吧,那你为什么会确定这是个漩涡呢,因为它周围的水流物质的集中汇聚现象让人能认识到它,这就好比黑洞,你不能确切的描述黑洞的情形,但你可以通过它周围的能量,物质的汇集,消失,放射,塌陷等等的现象来确定黑洞的位置,至于更深层次的黑洞样貌,以我们目前的科技手段还不能完成对其完整的描述和呈现,但对于此次多个国家联合完成拍摄分析的这张黑洞的照片,我们应该抱以期待,无论它长什么样子,我们都是幸运的,因为这是自有人类意识到黑洞存在后的首张真正意义上的黑洞照片。🙏🙏🙏




缘来缘散wbq


我认为人类到现在还沒有这个能力拍到确切的黑洞照片,今天既将公布的黑洞照片,只能是人类对准黑洞存在的区域进行拍照,然后放大后进行修复,再放大再修复的反复修复结果。


天泽方圆之杨春顺


黑洞拍摄不到,但是黑洞的引力会吸收周围的物质。强大的引力在黑洞四周形成吸积盘,吸积盘中的物质高速运动,物质之间摩擦生热,所以吸积盘的温度很高。

拍摄到了高温吸积盘,物质从吸积盘内测不断“消失”,吸积盘围绕的区域就是黑洞。


飞鱼科普


人类史上首张黑洞照片4月10日面世,黑洞照片怎么拍出来的?不是说黑洞也吞没光线么?

神拍摄——那一定是神拍摄。

黑洞吞没光,照片怎么拍出来,那一定是神作为——一定。

因为,拍摄吞没光的黑洞,人类只能想象……

让我们永远铭记2019年4月10日——

神拍摄面世的这个庄严时刻。


匡夫


这次拍摄的照片仍在黑洞外面,不过对成像黑洞视界放大了。这次拍摄的方法称为,甚长基线干涉测量法。由于只有十几个位置有望远镜,黑洞图象的一些信息仍是缺失的。由科学家开发的成像算法,填补了这些数据空白,以便重建黑洞的图像。后由七台望远镜作出进一步的验证,结果令人比较满意。请指正。


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