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护花高手在都市,国际上首张黑洞图画出炉,宋冬野

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M87星系中心超大质量黑洞(M87*)的图像,上图为2017年4月11日的图像,图中心的暗弱区域即为“黑洞暗影”,周围的环状不对称结构是因为强引力透镜效应和相对论性射束(bea护花高手在都市,世界上首张黑洞图像出炉,宋冬野ming青岛够级英豪)效应所构成的。因为黑洞的旋转效应,图片上显现了上(北)下(南)的不对称性

给黑洞拍张照

本刊记者/李明子

本文首发于总第894期《我国新闻周刊》

黑洞长什么姿态?地球人历来没有见过。

“研讨黑洞十多年,最挨近我对黑洞幻想的是2014年电影《星际穿越》中卡冈都亚的姿态。” 中科院国家地理台研讨员、黑洞研讨立异团组负责人苟利军对《我国新闻周刊》说。

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卡冈都亚是诺贝尔物理学奖得主、美国物理学家基普索恩在科学的基础上规划出来的一个黑洞。但科学历来都不只是停步于幻想。现在,一个名为“视界面望远镜”(EHT)的世界合作项目决定给黑洞拍张照。来自全球30多个研讨所的100多名科学家,运用散布于全球不同区域的8个射电望远镜,组成一个口径尺度相当于地球直径的虚拟望远镜,来观测黑洞的视界面。经过历时两年的观测、数据剖析与验证,首张黑洞图像总算在北京时刻4月10日晚上9点发布:人类初次运用一个口径如地球巨细的虚拟射电望远镜,在近邻巨椭圆星系M87的中心成功捕获世界上首张黑洞图像。

这个常常呈现在科幻小说与电影中的奥秘天体总算显露真容了。

手绘、电影与摄影

2008年,美国麻省理工学院海斯塔克地理台助理主任夏普多尔曼与搭档们把坐落千隆问屈术美国夏威夷、亚利桑那和加利福尼亚的三个射电望远镜连接到一个体系中。在银河系中心,他们探测到“一个不会消失的点”,开端调查这个点周围的黑洞痕迹。后来,这一团队越来越大,逐步归入全球30多所地理台、大学、研讨机构和100多位科学家。他们把这个观测项目命名为“视界面望远镜”,由多尔曼任负责人。

人们能够看见物体是因为有光线进入眼睛,但黑洞因为其强壮的引力作用,就连光都无法逃脱,因此,它内部高度歪曲的时空也无法被人护花高手在都市,世界上首张黑洞图像出炉,宋冬野看见,“黑洞”的姓名也由此而来。在黑洞周围,光线不能逃脱的临界半径被称为“视界面”,即视野所能到达的界面,这也便是多尔曼团队所要观测的方针。

苟利军介绍说,一般将黑洞分为两类,一类是恒星量级黑洞,相当于3~100个太阳质量,由大质量恒星坍缩构成;另一类是超大质量黑洞,具有几十万到上百亿个太阳质量,一般被以为窝里秀是在世界构成前期,由恒星量级黑洞合并和长时刻气体吸积而成。

有时,恒星量级黑洞会将挨近恒星的气体吸走,这些被吸附的物质并没有直接掉入黑洞,而是环绕黑洞中心高速作业。剧烈的冲突释放出很多光和热,构成色彩斑斓的吸积盘,将黑洞符号出来。当吸积气体过多,一部分气体在掉入黑洞视界面之前,在磁场的作用下沿滚动方向被抛射出去姜镇宇,构成喷流。

“吸积盘和喷流这两种现象,因气体冲突发生了光护花高手在都市,世界上首张黑洞图像出炉,宋冬野与很多辐射,很简单被探测到,由此便能推测出黑洞的方位。”苟利军通知《我国新闻周刊》。但要承认一个天体是否为黑洞,还需求更多的丈量和核算,理论上讲,银河系中有上亿个恒星量级的黑洞,但现在已承认的只要20多个,以及四五十个黑洞候选体。

“视界面望远镜”项目摄影的黑洞有两个,一个是那个“银河系中心不会消失的点”黑洞人马座A*,另一个是5000多万光年外的M郭子凡西厢87护花高手在都市,世界上首张黑洞图像出炉,宋冬野星系的黑洞。之所以选中护花高手在都市,世界上首张黑洞图像出炉,宋冬野它们,“是因为它们的视界面在地球上看起来是最大的”。不过,苟利军解说,尽管人马座A*的视界面尺度有2400万千米,相当于17个太阳,但因为相距2.5万光年,在地球上看,它只要针尖巨细,好像站在地球观看月球外表的一颗橙子。而坐落M87星系的黑洞尽管间隔更远,但该黑洞质量更大,从地球观测到的视界面巨细与人马座A*相差无几。

多尔曼并不是榜首个企图复原黑洞样貌的科学家。法国天体物理学家让-皮埃尔卢米早在1978年就拿出了榜首幅黑洞视界面的图像。不过,这不是一张真实意义上的相片,而是卢米手绘的。

具有数学布景的卢米运用一款旧式晶体核算机模拟出观测者眼中的黑洞,然后像人形打卡机相同,用钢笔一个点、一个点地制作出来。图1显现出一个扁平物质盘笔直坠入黑洞时或许发作的姿态,物质盘周围的光因黑洞的强壮引力而曲折。全体看上去像是一顶画了一半的草9891游戏交易渠道帽。

法国天体物理学家让-皮埃尔卢米1978年手绘了榜首幅黑洞视界面的图像。

在卢米之后,越来越多的人测验将黑洞具象化,并扛旗张峰企图搬上荧幕。在电影《星际穿越》中,卡冈都亚黑洞在其背面的恒星场上投下了黑色的暗影,后方的光线因为引力作用发作曲折,在黑洞周围构成亮堂的气体圆环,高速作业的吸积盘在图中成为横亘在黑洞前的一道光带。

“卡冈都亚是抱负中的黑洞侧视图,实际中的吸积盘或许并不是薄薄一层,也或许因观测视点的原因,与黑洞下方的气体圆环呈现交叠。”苟利军对《我国新闻周刊》介绍说,依据他和其他地理学家的猜想,视界面望远镜所摄影的或许是这样一幅图像:在黑洞周围环绕着高速作业的光子圆环,并无限挨近视界面,一同,因为黑洞滚动的多普勒效应,光子圆环一侧较亮,别的一侧较暗。

全球举动

找到黑洞的藏身之处是摄影的条件。

“现在一般选用丈量质量的方法承认一个天体是否为黑洞。”苟利军解说说,假如一个细密天体的质量大于3个太阳,一般就会坚信其为黑洞。详细方法便是经过丈量周围天体与中心天体的间隔及其滚动速度,再运用公式求得中心天体的质量。

丈量作业并不简单。科学家们需求尽或许找到一些间隔黑洞十分近的恒星,依据它们的运动轨道揣度中心黑洞的质量。这对望远镜提出了更高要求:要观测银河系中心的细小区域,需求更大口径的望远镜以进步图像分辨率,而银河系中心的很多气体尘土会阻断光学波段,因此需求穿透性能比较强的红外波段或频率更低的波段。

对黑洞人马座A*的丈量能够追溯到1990年代。从1994年到1996年,德国科学家在人马座A*周围观测到39颗恒星,并算出黑洞质量约为240万个太阳质量。但此次质量丈量误差较大。美国加州大学洛杉矶分校物理学和地理学教授安德烈娅米娅盖兹同期也在观测这一天体。运用口径更大的望远镜和近20年的尽力,她对黑洞人马座A*做出了更为准确的丈量:约410万个太阳质量。

承认黑洞及其方位后,摄影又遇到了新的问题。相较于恒星到黑洞的间隔,黑洞自身的尺度要小得多,至少是前者的十万分之一,这使得单一望远镜窥探者2很难到达摄影黑洞所需的分辨率。

地理望远镜的分辨率取决于望远镜的口径和观测所用的波长,口径越大、波长越短,分辨率越高。为进步分辨率,附益法需求将多个望远镜联合起来,一同观测,以到达一架大望远镜的观测作用,这其实便是视界面望远镜运用的“甚长基线干与丈量技能”,简称VLBI。

所谓V滕王阁传奇LBI,即让各射电望远镜选用的氢原子钟确保时刻同步,一同接纳同一个射电源的继父的隐秘信号,各自记载在磁带上,然后把磁带的记载一同送入处理机进行相关运算,求出观测成果。

“虚拟望远镜的分辨率巨细取决于望远镜之间的最大间隔,而不是单个望远镜口径。”苟利军说,所选的8个望远镜几乎是全球仅有的一同具有亚毫米波技能与VLBI技能的望远镜,别离坐落南极、智利(2个)、墨西哥、美国本乡、夏威夷(2个)和西班牙。其间,大都为单一望远镜,如夏威夷的麦克斯韦望远镜(JCMT),也有望远镜阵列;而智利的阿塔卡马大型亚毫米波阵列,则由66个射电望远镜组成。

“坐落南极的望远镜拉大了整个虚拟望远镜的口径,大大进步了分辨率,能够捕捉到更多细节。”苟利军弥补说,另一个十分文兴摩托车行重要的“望远镜”是坐落智利的阿塔卡马阵列,它进步了虚拟望远镜的灵敏度,对亮度较低的物体也能识别到。

我国望远镜没有参加其间,是因为技能设备与世界先华势喔刷进水平还存在距离。苟利军说,我国有两个亚毫米波射电望远镜,别离坐落青海省的德令哈市和西藏的羊八井镇,但还不具有甚长基线干与丈量技能。而坐落我国贵州的“天眼”FAST在本年1月24日才具有参加深甚长基线干与联网合观测的才能。

“这是人类取得关于黑洞的榜首个直接视觉依据,证明了爱因斯坦广义相对论在极点条件下依然建立。”4月10日晚,参加世界合作的中方科学家、我国科学院上海地理台台长沈志强在“事情视界望远镜重大成果发布会”上说

不过,苟利军泄漏说,在此次观测黑洞的8个望远镜中,坐落夏威夷的麦克斯韦望远镜是由我国科学院国家地理台、韩国地理与空间科学研讨所、日本国立地理台和我国台湾“中研院”地理与天体物理研讨所一起办理运转的,我国一部分地理学者也经过这个时机参加到项目中。

即便理论很老练,实际观测中仍会遇到各种意外,各大洲的天气状况、技能的稳定性、海拔,乃至是交通状况都或许影响观测成果。在2015年《纽约时报》对多尔曼的报导中,他的两位搭档曾因在墨西哥城遭受事故而耽搁观测,坐落智利的射电望远镜也曾因为接纳器失灵而被送回欧洲修补。

2017年4月5日~14日,视界面望远镜项目在其宣告给黑洞摄影后完成了初次观测。因为地球公转,观测窗口期只要这10天左右,一同,因为各望远镜的科研排期,终究留给视界面望远镜观测黑洞的时刻只要4~5天。8个望远镜所在地的海拔都比较高,降雨较少,以防止大气中水对观测波段的影响。为到达一同观测的作用,科学家们还会在每个观测点提早校正好原子钟时刻。

“项目每血污之骨晚上发生的数据可达2PB ,也便是2000TB, 相当于欧洲大型质子对撞机一年发生的数据量。”苟利军介绍说,巨大的数据难以经过网络进行传黄伟汶输,需求存储在磁带或硬盘上,因此南极望远镜的数据在度过了半年极夜期后才被送出。一切数据被送往美国海斯塔克地理台和德国的马普射电地理研讨所,别离独立汇总和分王晨霞掌纹诊病看病析。

科学家们对项目的等待远不止于“首张黑洞相片”这个成果。中科院国家地理台研讨人员陆北海海景彩云宾馆由俊解说说,相片或将验证爱因斯坦的广义相对论,并协助科学家研讨黑洞的结构。

爱因斯坦的广义相对论从理论上预言了一个大致圆形、由光子构成的黑洞影子。假如相片满足明晰,展现出黑洞的一切细节,便能证明广义相对论的预言,若与预言不同,则阐明还有需求改善的当地。

相片一同为研讨黑洞自身供给了资料,例如其吸积盘的构成进程,喷流的方向、速度和磁场强度等。“这将是现在为止最美丽的一张黑洞相片,即便不能到达等待的明晰度,也将让我们与黑洞实质更近一步。” 陆由俊对《我国新闻周刊》说。

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