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首张黑洞照片证实爱因斯坦预言
http://www.CRNTT.com   2019-04-11 11:20:31


  人类史上首张黑洞照片面世!北京时间10日晚9时许,包括中国在内,全球多地天文学家同步公布首张黑洞真容。这一由200多名科研人员历时10余年、从四大洲8个观测点“捕获”的视觉证据,有望证实爱因斯坦广义相对论在极端条件下仍然成立。

  这是人类第一次凝视曾经只存在于理论中的天体——黑洞,一种体积极小、质量极大的天体,如同一个宇宙“吞噬之口”,连光也无法逃逸。

  露出真容的黑洞,位于室女座一个巨椭圆星系M87的中心,距离地球5500万光年,质量约为太阳的65亿倍。它的核心区域存在一个阴影,周围环绕一个新月状光环。

  百余年前,爱因斯坦的广义相对论率先对黑洞作出预言,从此成为许多科幻电影的灵感源泉。科学家陆续通过一些间接证据证实了黑洞的存在,但人类始终没有真正“看到”过黑洞。
 
  “这是人类获得关于黑洞的第一个直接视觉证据,证实了爱因斯坦广义相对论在极端条件下仍然成立。”参与国际合作的中方科学家、中国科学院上海天文台台长沈志强说。

  质量极其巨大的黑洞,是宇宙中的神秘存在。这次通过分布全球的观测点组成一个口径如地球大小的虚拟望远镜——黑洞事件视界望远镜,顺利实现在1.3毫米波长的观测,并经过长期的数据分析,成功“捕获”黑洞的影像。

  由于需要极高的灵敏度,组成全球网络的8个射电望远镜分布在多个高海拔地区,包括夏威夷和墨西哥的火山、西班牙的内华达山脉、智利的阿塔卡马沙漠、南极点等。“这些望远镜的分辨率相当于能在黑龙江漠河阅读南沙群岛上的一张报纸。”中方科学家、上海天文台研究员路如森说。

  “看”得远、“看”得清仍然不够,给黑洞拍照还要“看”得准。“观看电视节目要选对频道,黑洞影像也必须在合适的波段才能观测。”路如森说,最佳波段在1毫米附近,这一波段的黑洞光环最明亮,而背景“噪音”又最小。

  该国际合作项目负责人、哈佛大学教授谢泼德·多尔曼表示,过去10多年里,技术的突破、全球天文台的合作等,让人类最终打开了一个观测黑洞的全新窗口。

  为揭开黑洞神秘面纱 中国科学家做了这些贡献

  中国日报网4月10日电北京时间今晚21时,一场全球新闻发布会将在中国上海和台北、美国华盛顿、日本 东京、比利时布鲁塞尔和智利圣地亚哥同时召开。发布会上,有一张全球200多位科学家们用八个望远镜(阵)合力拍摄、并“冲洗”了两年的神秘照片将与公众见面。

  这张照片将是人类有史以来获得的第一张黑洞照片。

  全球许多媒体都将于今晚直播首张黑洞照片发布过程。

  科学家要如何“抓拍”到黑洞?

  黑洞是一种体积极小、质量极大的天体,具有非常强的引力,在它周围的一定区域内,连光也无法逃逸出去,这个边界称为“事件视界”。那么,科学家们要如何拍到连光都会吞噬掉的“黑洞”呢?

  香港 大学太空研究实验室执行主任、曾获得过高能天体物理学最高奖之一“布鲁诺·罗西奖”(Bruno Rossi Prize)的苏萌教授在接受本网专访时是这样解读黑洞的“黑”的。

  他说,一方面,你可以说黑洞本身是很黑的,完全看不见,但是周围的物质在进入黑洞里面的一瞬间是非常亮的,也就是变成黑洞的那一瞬间其实是最亮的,所以我们现在要拍的是周围物质掉进去那一瞬间的照片。我们现在估计银河系里面有几亿个、几十亿个甚至更多的黑洞,但是真正被观测看到的,大概也就几十个。

  新华社报道称,全球科学家们实际上尝试观测的就是黑洞的“事件视界”。2017年的4月5日到14日之间,来自全球30多个研究所的科学家们开展了一项雄心勃勃的庞大观测计划,利用分布于全球不同地区的八个射电望远镜阵列组成一个虚拟望远镜网络,让人类第一次看到黑洞的视界面。这个虚拟的望远镜网络被称为“事件视界望远镜”(Event Horizon Telescope, EHT),其有效口径尺寸将达到地球直径大小。

  照片为什么“冲洗”了两年

  自2017年4月EHT启动拍照,至今已经约有两年的时间了。为什么“黑洞”这张照片用了这么久才“冲洗”出来?

  苏萌教授称,给“黑洞”拍照不像是手机拍照那样,立刻就能呈现出来,它是大量的海量数据,还有很多个步骤。然后一步一步地把这个数据从巨大的一个体量最后变成了照片,让有用的信息一直保持下去,而把没有用的信息剔除掉。还要把大家做的信息统筹起来,所以是这样一个过程,其实两年时间并不算长。

  这张神秘照片的意义何在?

  黑洞是爱因斯坦广义相对论预言存在的一种天体。100年来,黑洞理论的研究一直是理论物理中的前沿课题。

  苏萌教授指出,对于黑洞,科学家们一直没能在天体物理真实世界里给出一个确切的观测。人们只能说看到这样或那样的信号,如果这些信号不是黑洞的话很难(用其他理论)去解释;但这毕竟还是一个间接的概念。看到直接证据才算看到了黑洞。此次发布的这项成果,应该就是对物质掉进黑洞的那个阶段的观测。就是完成了一个成像的过程,我认为可以把这个称为直接的观测,所以它对以后对黑洞本身的研究、对黑洞天体物理学的发展,以及对世界和宇宙的观测都具有更深刻的价值。

  中国科学家做出了重要贡献

  香港《南华早报》报道称,目前尚不清楚参与此次EHT项目的200多名研究人员中有多少来自中国,但中国的天文学家为EHT项目做出了重要贡献是不争事实。北京大学物理学院天文系主任吴学兵教授说,他所在的天文系就参与了此次项目。

  报道进一步指出,中国科学家在资金支持,计算机建模和数据分析方面都做出了贡献。EHT阵列的观测只持续了几个小时,但研究人员花了将近一年的时间才将碎片图像合并成一张完整可信的图片。

  “处理的数据量非常大。对于任何一个国家来说,这都是一项不可能单独完成的任务,需要全球合作才能完成。“吴教授说。

  苏萌教授称,天文学本身就是一个特别重视国际合作的学科,它的许多成果都是不同文化背景下的众多国家、团队、高校为了一个科学目标而一起长时间努力而获得的。比如,一些天文学的项目,往往几百人是一个很正常的规模。所以在EHT这个项目里面,也是很多国家高校的研究机构团队参与进去,包括中国的科研机构和科学家,比如中国科学院上海天文台便参与了此次国际合作。

  苏萌教授进一步指出,现在,在全球重大的天文学发现中,已经有越来越多中国团队的身影,中国科学家参与到大型的国际合作中,并做出了相应的贡献。例如,中国在射电干涉方向已经积累了相当多的人才。尤其是在正在推进的国际大科学工程——平方公里阵列射电望远镜(Square Kilometre Array, SKA)计划中,中国的贡献率大幅提升。在很多方面中国技术起了核心的作用。SKA是当前国际射电天文界的最重要的大型望远镜项目,是人类有史以来建造的最庞大的天文设备,将开辟人类认识宇宙的又一新纪元。

  这些年,中国科学家还为“揭黑”做了这些事儿

  2019年1月,中国科学技术大学天文学系教授王挺贵和刘桂琳课题组在国际顶级科学期刊《自然》子期刊《自然-天文学》发表研究成果,他们利用光谱吸收线光变,首次得到了超大质量黑洞所驱动高速气体的物理性质分布,证明高速外流气体有足够的能量影响星系演化。

  超大质量黑洞产生的强大辐射可以将其周围气体电离,并吹向星际空间形成高速外流,对其所在星系造成影响。但受目前观测能力限制,人们对外流高速气体的物理性质及其对星系演化的具体影响了解甚少。

  中国科学技术大学天文学系教授王挺贵小组与中国极地研究中心、安徽师范大学的学者合作,在距离地球几千万光年外的NGC 3319星系中心发现了疑似“中等大小”的黑洞。2018年12月,国际天体物理领域权威学术杂志《天体物理期刊》刊登了该发现。

  目前人类已知的黑洞可分为两大类,一类质量在几倍到几十倍太阳质量之间,另一类质量在几百万到几十亿倍太阳质量之间。两类黑洞的质量大小极为悬殊,但科学界一直没找到质量介于其间的“中等大小”黑洞,这也是天体物理研究中的一个谜团。

  “中等大小”黑洞被认为可能是超大质量黑洞的“种子”,学者们的这次研究与发现,对于理解超大质量黑洞的形成与增长之谜有重要启示。

  2015年1月,英国《自然》杂志公布一项研究成果称,以中国天文学家为主的科研团队发现了一颗中心黑洞质量约为120亿个太阳质量的超亮类星体。图片来源:《自然》网站报道截图

  2015年1月,英国《自然》杂志公布一项最新研究成果,以中国天文学家为主的科研团队发现了一颗430万亿倍太阳光度、中心黑洞质量约为120亿个太阳质量的超亮类星体。据悉,这是人类目前已观测到的遥远宇宙中发光最亮、中心黑洞质量最大的类星体。

  科研团队负责人、北京大学物理学院天文学系教授吴学兵介绍,根据已观测到的光谱数据,这颗新发现的类星体,光度是太阳光度的430万亿倍,距离地球128亿光年,比目前已知距离地球最远130亿光年的类星体还亮7倍,其中心黑洞质量约为120亿个太阳质量,是目前已知的遥远宇宙中星体中光度最高、黑洞质量最大的类星体。

  这颗超亮类星体是中国天文学家于2013年底利用云南丽江2.4米口径的望远镜首先发现,随后又联合国外天文学家,利用美国、智利的多台大口径望远镜进行后续观测并最终得到确认的。(来源:新华社)

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