8個望遠鏡,數百萬次的模擬,歷時2年,終於看到你了!

8個望遠鏡,數百萬次的模擬,歷時2年,終於看到你了!

史上首張黑洞圖像

北京時間2019年4月10日晚九點,比利時布魯塞爾、智利聖地亞哥、中國上海和臺北、日本東京和美國華盛頓召開了全球新聞發佈會,公開了有史以來第一張“黑洞”照片,讓人類一睹了黑洞的真容。

2017年4月,全球200多位科研人員將8個分佈在各地的毫米/亞毫米級別的望遠鏡組合,形成一個有效口徑相當於地球大小的虛擬望遠鏡網絡:事件視界望遠鏡(EHT),拍攝了首張黑洞圖像,由於數據量非常巨大,科研人員為了保證準確性,歷時兩年,黑洞圖像才公之於眾。

黑洞的由來

早在1784年,英國物理學家約翰·米歇爾(John Michell)就從理論上預言過這種神秘天體。他設想,有可能存在一種引力強到連光也無法從其周圍逃逸的天體,他稱之為“暗星”。由於對於當時考察難度巨大,慢慢被擱置了。

直到1915年,物理學家愛因斯坦發表廣義相對論

,提出了一個大膽的假設:宇宙中存在一種引力和密度都無限大的宇宙天體。愛因斯坦將引力視為時空扭曲,他在方程中預言,一個足夠小而重的物體,能隱藏在事件視界之內,而在這視界內,引力強大到連光都無法逃逸。

到了1916年,德國天文學家史瓦西求出了愛因斯坦方程的第一個精確解。他發現,任何具有質量的物體都存在一個臨界半徑——後被稱作“史瓦西半徑”。當一個恆星發生塌縮,收縮至史瓦西半徑後,這個恆星將在自身引力作用下最終變成黑洞。

1968年,美國天體物理學家約翰·惠勒正式提出“黑洞”一詞。

1970年,美國的“自由”號人造衛星發現了與其他射線源不同的天鵝座X-1,位於天鵝座X-1上的是一個比太陽重30多倍的巨大藍色星球,該星球被一個重約10個太陽的看不見的物體牽引著。天文學家一致認為這個物體就是黑洞,它就是人類發現的第一個黑洞。

2015年3月,霍金對黑洞理論進行了修改,宣稱黑洞實際上是“灰色的”。新“灰洞

”理論稱,物質和能量被黑洞困住一段時間後,又會被重新釋放到宇宙中。

2016年1月,霍金同物理學家馬爾科姆·佩裡、安德魯·施特羅明格提出了新理論:讓信息“逃逸”的黑洞裂口由“柔軟的帶電毛髮”組成,它們是位於視界線上的光子和引力子組成的粒子,這些能量極低甚至為零的粒子能捕獲並存儲落入黑洞的粒子的信息。

2017年12月7日,美國卡耐基科學研究所科學家發現有史以來最遙遠的超大質量黑洞,其質量是太陽的8億倍

事件視界望遠鏡(EHT)

事件視界望遠鏡並不是一個傳統觀念的觀測平臺,而是由位於美國、墨西哥、智利、法國、格陵蘭島和南極的天線組成觀測陣列,它將對銀河系中央的人馬座A*黑洞進行觀測,捕捉黑洞周圍環境的清晰圖像。

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。

回顧與國際同行共同拍出人類首張黑洞照片的經歷,中國科學院上海天文臺研究員路如森說:“作為長期深度參與‘事件視界望遠鏡’國際合作的中國研究人員,我覺得這張黑洞照片是科學共同體的努力結果。科學對人類發展至關重要,人類的科學共同體也是人類命運共同體的重要組成部分。”

該黑洞距離地球5500萬光年,質量為太陽的65億倍。圖中心的闇弱區域即為“黑洞陰影”,這個陰影告訴我們:愛因斯坦是正確的!

8個望遠鏡,數百萬次的模擬,歷時2年,終於看到你了!

愛因斯坦

該圖像的許多特徵與愛因斯坦廣義相對論的預言完全相一致,在強引力極端環境下進一步驗證了廣義相對論。中國科學院上海天文臺研究員袁峰在現場表示,現在看到的照片大體來說有兩個部分,一部分是中心區域不太發光的陰影,另一部分是圍繞這個陰影的發亮的圓環。圓環發的光就是從吸積盤上發出的,而黑色的陰影要比黑洞本身要大幾倍,這證實了愛因斯坦廣義相對論的預言。


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