人類首張黑洞照片問世!黑洞知識你知多少?

北京時間4月10日21時整,由全球多國200多名科研人員合作的事件視界望遠鏡(EHT)將發佈一項重大成果——人類首張黑洞照片在全球七城同步發佈了!

包括中國在內,全球多地天文學家同步公佈首張黑洞真容。這一由200多名科研人員歷時10餘年、從四大洲8個觀測點“捕獲”的視覺證據,有望證實愛因斯坦廣義相對論在極端條件下仍然成立。


人類首張黑洞照片問世!黑洞知識你知多少?


一百多年前,愛因斯坦提出廣義相對論,將引力視為時空扭曲的效應。他的方程預言,一個小而重的物體能隱藏在事件視界(event horizon)之內,在視界內,其引力強大到連光都無法逃脫,這個物體就是黑洞。幾乎所有的星系中心都存在黑洞,在那裡它們可以成長到太陽質量的數百萬或者數十億倍。

1915 年,愛因斯坦在廣義相對論中最先預言了「黑洞」,1968 年,美國天文學家惠勒正式提出黑洞「black hole」的名詞,雖然之後也出現過一些黑洞的間接影像可以證明它身處星河之中,但沒人見過黑洞的真正樣貌。100 多年後的今天,人類第一次能夠直接確認黑洞的存在。

什麼是黑洞的“事件視界”?簡單來講,黑洞的事件視界(Event horizon)就是指圍繞黑洞的一個時空邊界,任何物質、甚至光線一旦越過這個邊界,永遠無法返回。但對於進入視界的物體來講,其實感覺不到事件視界有什麼奇異之處。


人類首張黑洞照片問世!黑洞知識你知多少?


天文學家為了觀測黑洞視界邊緣上的物理過程,動用了分佈在全球的8座毫米/亞毫米波射電望遠鏡,這些望遠鏡組成了一個虛擬的,口徑接近整個地球的望遠鏡,這座虛擬的望遠鏡,稱為“事件視界望遠鏡”。

據美國雜誌Popular Science報道,這些天文臺同步觀測的是視界明亮的物質環發出的輻射,這有助於闡明超大質量黑洞本身的輪廓。它們只啟動了9天,卻成功地收集了大量數據,這些數據花了兩年的時間來傳輸、處理和分析,以便拼接出物體本身的視覺。

當我們談論一個超過25000光年遠的物體時,這是一個相當高的要求,但是EHT有一個分辨率,正如麻省理工學院所說的“計算8000英里外棒球的縫線”。這8架望遠鏡的光學功率,加起來是哈勃太空望遠鏡的1000倍。

這次拍攝到的黑洞的“暗影”區域(也就是亮環以內,中心以外的部分),到黑洞中心的距離,已經達到了黑洞半徑也就是所謂“事件視界”半徑的2.5倍。通過這張照片,能夠更加仔細地研究黑洞究竟是怎樣“吞噬”物質,在它的旁邊又是怎樣形成了吸積盤和噴流現象。


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總之,一張寫真照,讓黑洞從“傳說”變成了目之所及的現實。我們這一代人也足夠幸運,能夠在“家門口”第一時間見證現代科學前沿的重大進展。而在中國科學院上海天文臺協調下,國內諸多科學家也實地參與了此次國際合作,成為不可或缺的“中國元素”。

黑洞照片一夜間刷屏,也讓我們看到,科學離大眾並不遙遠。頭頂那片燦爛的星空,永遠都如此令人震撼和神往。

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