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天文学家首次拍到黑洞:质量是太阳400万倍,照片4月10日晚公之于众

2019-04-09
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晓查 发自 纽凹非寺 
量子位 报道 | 公众号 QbitAI

3年前,科学家们第一次公布了黑洞的“声音”。明天,你就能看到黑洞的真容了。

北京时间4月10日晚9点,参与EHT(事件视界望远镜)计划的科学家们将在全球六地以英语、西班牙语、汉语和日语四种语言召开新闻发布会,公布首张黑洞照片。

 EHT计划中位于墨西哥的射电望远镜

在上海,EHT项目将和中国科学院上海天文台共同发布这一重大成果。

始于2006的EHT项目,经过不断对银河系中心黑洞“拍照”,目前已经完成全部的拍摄任务,照片正在“冲洗”中。

为何能给黑洞拍照

黑洞形成后,会在周围形成一个“视界”(Horizon),进入视界的任何物体(包括光)都不能逃出黑洞。

按照广义相对论,即使视界之外经过的光线不会吸入,也会被强烈弯曲,就好像光线被镜片折射一样,我们称为“引力透镜”。

科学家此前已经试图模拟过黑洞照片。在科幻电影《星际穿越》中,天体物理学家基普·索恩用广义相对论方程模拟出黑洞的样子。

 电影《星际穿越》中的黑洞

然而模拟终究是模拟,没人看到过黑洞到底长什么样,而EHT计划就是为了找到黑洞存在的直接证据,给黑洞拍一张直观的照片。

银河系中心有个大黑洞

目前人类最有希望观测到的黑洞有两个,它们都不是恒星死亡后留下的尸体,而是两个位于星系中心的超大质量黑洞。

其中一个是距离地球2.6万光年的人马座A*。天文学家一直认为银河系中心潜伏着一个超大质量的黑洞,质量是太阳的400万倍,科学家们通过银河系里恒星的运动轨迹预测了它的存在,但是一直没有拍摄到它的真实面目。

 NASA拍摄的银河系中心图像

另一个黑洞距离我们5000万光年,位于M87星系(室女A星系),这个黑洞的质量达到了太阳的70亿倍,并且从吸积盘中喷出长达数千光年的能量射流。

按照估计,它们都会捕获经过其附近的电磁波,在望远镜上留下一个小小的阴影。这个阴影可能是圆形,也可能是椭圆形,这完全取决于黑洞是否在旋转。

黑洞的强大的引力会把这个阴影放大两倍,即便如此,观测到它就像用肉眼看到月球上的一个橘子。

事件视界望远镜

为此,科学家们提出了事件视界望远镜(Event Horizon Telescope,EHT)计划。

EHT不是一个光学望远镜,是一组射电望远镜,采用一种甚长基线干涉(VLBI)的方法来增大口径。这一组望远镜北到美国加州、南到南极洲,口径相当于和地球一样大。

 EHT阵列成员

通俗地说,如果有人在海洋中搅动产生一串涟漪,我们在海岸线上不同的地方建立两个观察点,根据这两个观察点接收到的信号的时间,我们就能反推出源头所在位置。这个两个观察点距离越远,得到的结果就越精确。

EHT接收的是星体发射的1.33毫米的无线电波,不同地方的望远镜用高精度的原子钟实现时间的同步,分辨率能达到哈勃望远镜的2000倍。

观察无线电波还有一个好处,它可以穿过星际间和黑洞周围的气体,让科学家们实现“透视”的目的。

探索黑洞之路

虽然人类之前没有直接拍摄到黑洞照片,但已经收集到很多黑洞存在的间接证据。

3年前,激光干涉引力波天文台(LIGO)探测到一对遥远的黑洞碰撞时发射的引力波,那是两个黑洞相互吸引、旋转、碰撞时产生的时空涟漪。此后LIGO又观测到数次引力波事件。

尽管如此,科学家们对拍摄到黑洞照片仍然充满兴趣。之前的LIGO听到的是黑洞的声音,而这次EHT展示的是真实的图片。

4月10日晚上,让我们一起拭目以待吧!


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