一个国际射电望远镜网络制作了有史以来第一个黑洞阴影的特写镜头, 科学家今天 (4月 1 0日) 上午透露了这一图像。这项名为 "事件地平线望远镜" 的合作证实了几十年来对光线在这些黑暗物体周围的行为的预测, 并为黑洞天文学的新时代奠定了基础。
埃默里大学的天体物理学家、黑洞研究员艾琳·邦宁没有参与成像工作, 他说: "从零的规模到惊人的规模, 太不可思议了。
"也就是说, 这是我所期待的," 她告诉现场科学。
这个提前一周半就被戏弄的公告, 成功地既令人难以置信地兴奋, 又几乎完全没有令人惊讶的细节或新的物理。物理学没有分解。没有发现黑洞的意外特征。这个形象本身几乎是我们习惯在科学和流行文化中看到的黑洞插图的完美搭配。最大的不同是, 它是一个很大的模糊。[9 关于黑洞的奇怪事实]
不过, 邦宁说, 有几个与黑洞有关的重要问题仍未解决。
黑洞是如何产生其巨大的热, 快速物质喷射器的？
所有超大质量黑洞都有能力咀嚼附近的物质, 吸收大部分物质通过它们的事件视界, 并在火焰塔中以接近光速将剩余的物质吐到太空中, 天体物理学家称之为 "相对论喷射器"。
而处女座 A (也叫梅西埃 87) 中心的黑洞因其令人印象深刻的喷射机、喷涌物质和辐射在整个太空而臭名昭著。它的相对论喷流是如此巨大, 以至于它们可以完全逃离周围的星系。
物理学家知道这种情况是如何发生的广泛打击: 当物质落入黑洞的重力井时, 它加速到极快的速度, 然后它的一些物质在保持这种惯性的同时逃过一劫。但科学家们对这种情况如何发生的细节意见不一。这张图片和相关的论文还没有提供任何细节。
邦宁说, 弄清楚这一点, 将是一个将事件地平线望远镜观测结果--覆盖相当小的空间--与相对论喷流的更大图像联系起来的问题。
她说, 虽然物理学家还没有答案, 但他们很快就会来--特别是在合作产生第二个目标的图像后: 位于我们自己星系中心的超大质量黑洞射手座 a *像处女座 A 的飞机她说, 比较这两张图片可能会带来一些清晰的认识。
广义相对论和量子力学是如何结合在一起的？
每当物理学家聚在一起谈论一个非常令人兴奋的新发现时, 你可以期待听到有人建议, 它可能有助于解释 "量子引力"。
这是因为量子引力是物理学中最大的未知。大约一个世纪以来, 物理学家们一直在使用两套不同的规则: 广义相对论, 它涵盖了重力等非常大的东西, 量子力学, 它涵盖了非常小的东西。问题是, 这两个规则手册直接相互矛盾。量子力学不能解释重力, 相对论也不能解释量子行为。
有一天, 物理学
家希望将两者联系在一起, 形成一个宏大的统一理论, 很可能涉及某种量子引力。
而在今天宣布这一消息之前, 有人猜测, 这可能包括在这一问题上取得一些突破。(如果广义相对论的预测没有在图像中得到证实, 那就会把球向前移动.)在国家科学基金会的新闻发布会上, 加拿大滑铁卢大学的物理学家、该项目的合作者艾弗里·布罗德里克提出, 这类答案可能会到来。
但邦宁对这一说法持怀疑态度。邦宁说, 从广义相对论的角度来看, 这张图片并不奇怪, 因此它没有提供任何新的物理, 可以缩小这两个领域之间的差距。
不过, 她说, 人们希望从这种观察中得到答案并不疯狂, 因为黑洞阴影的边缘将相对论的力量带入微小的量子大小空间。
"我们希望看到非常, 非常接近于事件视界或非常, 非常, 非常早期的早期宇宙 (当一切都被包装成一个微小的空间], 她说。
但她说, 在事件地平线望远镜仍然模糊的分辨率下, 我们不可能发现这类效果, 即使有计划中的升级即将到来。
史蒂芬·霍金的理论和爱因斯坦的一样正确吗？
物理学家史蒂芬·霍金对物理学最大的早期贡献是 "霍金辐射" 的想法--黑洞实际上不是黑色的, 而是随着时间的推移发出少量的辐射。这个结果非常重要, 因为它表明, 一旦黑洞停止生长, 它将开始从能量损失中非常缓慢地萎缩。
但 "事件地平线" 望远镜并没有证实或否认这一理论, 邦宁说, 并不是有人期望它这样做。
她说, 像处女座 a 的黑洞这样的巨大黑洞, 与它们的整体大小相比, 只发出最小数量的霍金辐射。虽然我们最先进的仪器现在可以探测到他们的事件视界的明亮灯光, 但他们几乎不可能梳理出超大质量黑洞表面的超暗光芒。
她说, 这些结果很可能来自最微小的黑洞--理论上的、短暂的物体那么小, 你可能会把它们的整个事件视界都围在你的手里。有了近距离观测的机会, 与整体大小相比, 辐射要多得多, 人类最终可能会想办法生产或找到辐射, 检测辐射。
那么, 我们从这个影像中到底学到了什么呢？
首先, 物理学家再次了解到爱因斯坦是对的。就事件地平线望远镜所能看到的, 阴影的边缘是一个完美的圆圈, 就像20世纪的物理学家使用爱因斯坦的广义相对论方程所预测的那样。
邦宁说: "我认为, 当另一次广义相对论测试通过时, 任何人都不应该感到惊讶。"如果他们走在舞台上说广义相对论已经打破, 我就会从椅子上摔下来。
她说, 其结果具有更直接、更实际的影响, 即这张图像使科学家能够精确地测量这个超大质量黑洞的质量, 这个黑洞位于5500万光年之外的处女座星系的中心。它的质量是我们太阳的6亿倍。
邦宁说, 这是件大事, 因为它可能会改变物理学家在其他更遥远或更小的星系心中称量超大质量黑洞的方式。
邦宁说, 现在, 物理学家对银河系中心超大质量黑洞的质量进行了相当精确的测量, 因为他们可以观察到银河系的引力是如何在其附近移动单个恒星的。
但她说, 在其他星系中, 我们的望远镜看不到个别恒星的运动。因此, 物理学家们被更粗糙的测量卡住了: 黑洞的质量如何影响来自星系不同恒星层的光, 或者它的质量如何影响来自星系中不同自由漂浮气体层的光。
但这些计算并不完美, 她说。
她说: "你必须建立一个非常复杂的系统。
而这两种方法最终产生了一些不同的结果, 在每个星系物理学家观察。但至少对于处女座 A 的黑洞, 我们现在知道一种方法是正确的。
阿姆斯特丹大学的天体物理学家、该项目的合作者塞拉·马克夫说: "我们对65亿太阳质量的决定最终就落在了 [来自恒星的光] 更大的质量决定之上"简报。
邦宁说, 这并不意味着物理学家就会大规模采用这种方法来测量黑洞质量。但它确实为完善未来的计算提供了一个重要的数据点。
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