包括中國在內的全球多地天文學家同步公佈首張黑洞照片
據新華社電 人類史上首張黑洞照片面世!北京時間10日晚9時許,“事件視界望遠鏡”項目在美國華盛頓、中國上海和臺北、智利聖地亞哥、比利時布魯塞爾和日本東京等地同時召開新聞發佈會,發佈他們拍到的第一張黑洞照片。這是由200多名科研人員歷時十餘年、從四大洲8個觀測點“捕獲”的黑洞的視覺證據。
愛因斯坦預言又對了
這是人類第一次凝視曾經只存在於理論中的天體——黑洞,一種體積極小、質量極大的天體,如同一個宇宙“吞噬之口”,連光也無法逃逸。
露出真容的黑洞,位於室女座一個巨橢圓星系M87的中心,距離地球5500萬光年,質量約為太陽的65億倍。照片展示了一箇中心為黑色的明亮環狀結構,看上去有點像甜甜圈,其黑色部分是黑洞投下的“陰影”,明亮部分是繞黑洞高速旋轉的吸積盤。
百餘年前,愛因斯坦的廣義相對論率先對黑洞作出預言,從此成為許多科幻電影的靈感源泉。科學家陸續通過一些間接證據證實了黑洞的存在,但人類始終沒有真正“看到”過黑洞。
“這是人類獲得關於黑洞的第一個直接視覺證據,證實了愛因斯坦廣義相對論在極端條件下仍然成立。”參與國際合作的中方科學家、中國科學院上海天文臺臺長沈志強說。
望遠鏡口徑如地球大小
質量極其巨大的黑洞,是宇宙中的神秘存在。這次通過分佈全球的觀測點組成一個口徑如地球大小的虛擬望遠鏡——黑洞事件視界望遠鏡,順利實現在1.3毫米波長的觀測,並經過長期的數據分析,成功“捕獲”黑洞的影像。
由於需要極高的靈敏度,組成全球網絡的8個射電望遠鏡分佈在多個高海拔地區,包括夏威夷和墨西哥的火山、西班牙的內華達山脈、智利的阿塔卡馬沙漠、南極點等。“這些望遠鏡的分辨率相當於能在黑龍江漠河閱讀南沙群島上的一張報紙。”中方科學家、上海天文臺研究員路如森說。
“看”得遠、“看”得清仍然不夠,給黑洞拍照還要“看”得準。“觀看電視節目要選對頻道,黑洞影像也必須在合適的波段才能觀測。”路如森說,最佳波段在1毫米附近,這一波段的黑洞光環最明亮,而背景“噪音”又最小。
該國際合作項目負責人、哈佛大學教授謝潑德·多爾曼表示,過去10多年裡,技術的突破、全球天文臺的合作等,讓人類最終打開了一個觀測黑洞的全新窗口。
●黑洞究竟是什麼
“事實有時候比小說更奇怪,黑洞最能真實體現這一點,它比科幻作家夢想的任何東西都更奇怪。”霍金在最後一本著作《十問:霍金沉思錄》中這樣寫道。
約100年前,以愛因斯坦為代表的偉大科學家預言,大質量恆星在燃料耗盡、生命終結之後會向內部中心區域崩塌、集聚,最終形成黑洞。
早期,黑洞只存在於牛頓萬有引力定律和愛因斯坦廣義相對論的公式和方程中,因為太過“超出人類理解”,就連最早預言的人都懷疑黑洞的真實存在。“直至2015年,人類首次探測到兩個黑洞合併所產生的引力波,才強有力地證明了黑洞的存在,但那仍只是間接證明。”參與此次國際合作的中科院上海天文臺臺長沈志強說。
20世紀60年代,美國天體物理學家約翰·惠勒首次將“黑洞”作為一個科學術語提出,這個詞象徵著它的黑暗和神秘。
●黑洞有多大
在多數人的想象中,黑洞之“大”超出人類對於大尺寸數量級的直觀認知。但準確說,“黑洞只是質量和密度超乎想象的大,比如這次拍到的黑洞質量是太陽的65億倍,屬於超大質量黑洞,但體積卻比較小,小到在其內部幾乎沒有空隙。”參與此次國際合作的中科院上海天文臺研究員路如森說。
舉個例子,“如果我們要將太陽變成黑洞,必須將太陽壓縮到一個半徑非常小的空間內。”沈志強說,而一旦太陽被壓縮到這麼小的空間內,就可以改名叫“黑洞”了,它擁有超強引力“先天基因”,可“吞噬”周圍的氣體、塵埃,乃至臨近的恆星系和較小的黑洞。超強引力幫助黑洞以極其暴力的方式“跑馬圈地”,宣誓自己的“勢力範圍”。
●黑洞離我們有多遠
德國馬克斯·普朗克射電天文研究所所長安東·岑蘇斯在德國波恩接受新華社記者專訪時介紹,這個項目的主要任務是拍攝兩個黑洞。一個位於銀河系中心,名為“人馬座A*”,是距離我們最近的超大質量黑洞;另一個就是位於銀河系鄰近星系M87中心的黑洞,它的質量要大得多。它們是按人類“現有的能力”確定的“理想觀測對象”。
即使最近的“人馬座A*”,距地球也有2.6萬光年,M87更是距離地球5500萬光年。給這麼遠的對象拍照,需要舉全球之力。岑蘇斯說,這一名為“事件視界望遠鏡”的項目團隊由來自全球的數百名研究人員組成,集合了分佈在全球各地的多個射電望遠鏡。
●黑洞到底黑不黑
黑洞像個“至暗無底洞”,即便大名鼎鼎的“最牛飛毛腿”——光也難逃“魔洞”。但已故科學家斯蒂芬·霍金推斷,黑洞並不像想象的那麼黑,事物可以從黑洞逃脫。
哪個是真?哪個是假?
“從照片上看,黑洞的勢力範圍之內的確漆黑一片,但是勢力範圍裡面,那個質量超大、體積超小的天體到底什麼顏色,照片上還看不清楚。”沈志強說。
而對於被黑洞吞噬的一切事物有沒有科幻電影中暢想的“逃離通道”,路如森說:“仍不清楚,照片中沒法看到,可能沒有。”
●黑洞有多少
根據理論推算,銀河系中光恆星量級的黑洞就有上千萬個。天文學界認為,許多星系中央都有超大質量黑洞。例如代號M87的超巨橢圓星系中心黑洞的質量被認為約為太陽的65億倍。
天文學家根據質量將宇宙中的黑洞分成了三類:恆星級質量黑洞(幾十倍至上百倍太陽質量)、超大質量黑洞(幾百萬倍太陽質量以上)和中等質量黑洞(介於兩者之間)。
中國成為國際科學 合作重要參與者
從首張月背照片到首張黑洞照片,人類觀測宇宙的新窗口正在不斷打開。在探索宇宙奧秘的征程中,中國也不斷貢獻著智慧。
我國科學家全程參與了給黑洞拍照這項國際合作,在早期推動這一項國際合作、望遠鏡觀測時間申請、夏威夷望遠鏡觀測運行、後期數據處理和理論分析等方面均做出了貢獻。
從“中國天眼”(FAST)到“世界巨眼”(SKA),從人類基因組測序到泛第三極環境研究,近年來,中國參與國際合作的廣度和深度不斷加大,在吸收世界創新養分的同時,也不斷貢獻中國智慧。
“過去一二十年間,中國在射電天體物理學、天文學等領域取得了巨大進展,在此次國際合作中做出了不可或缺的貢獻。”荷蘭奈梅亨大學教授海諾·法爾克說,隨著中國的射電干涉測量和太空探索能力迅速增長,中國將成為國際科學合作的重要參與者。
黑洞的順利成像不是終點。岑蘇斯強調,未來還將增加望遠鏡的數量,甚至對新的黑洞進行觀測,繼續驗證廣義相對論的有關預測,藉此瞭解星系的形成和演進,為人類解開更多奧秘……
“事件視界望遠鏡” 是怎樣的存在?
在黑洞周圍,光線不能逃脫的臨界範圍被稱為黑洞的半徑或“事件視界”。對這個特殊區域,人類動用口徑相當於地球直徑的“虛擬望遠鏡”,探尋黑洞留下的種種“蛛絲馬跡”。
由於黑洞非常遙遠且半徑很小,以往設施沒有足夠的分辨率來直接觀測黑洞,而是用觀察周圍恆星運動、吸積盤和噴流乃至引力波等間接方法來進行探測。
為了提高望遠鏡空間分辨率,來自全球多個國家30多個研究所的200多名科研人員開展了一項龐大的觀測計劃,他們將分佈在全球不同地區的多個射電望遠鏡組成一個陣列進行聯合觀測,這就相當於獲得了一個口徑宛如地球大小的巨型望遠鏡,這就是“事件視界望遠鏡”項目。
“事件視界望遠鏡”實際上嘗試觀測的是黑洞的“事件視界”。經數年精心準備,“事件視界望遠鏡”項目的國際科研團隊通力合作,藉助分佈在世界多地的8個射電望遠鏡聯合觀測,再經過近兩年的數據處理及理論分析,終於成功獲得第一張黑洞照片。
■本版文圖:新華社
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