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人类获得首张黑洞照片

  人类获得的首张黑洞照片。北京时间2019年4月10日21:00,事件视界望远镜(EventHorizonTelescope;EHT)项目和中国科学院在比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海和台北、日本东京和美国华盛顿全球六大城市同步举行新闻发布会,公布人类获得的首张黑洞照片。知社特邀EHT中国团队成员、华中科技大学吴庆文教授为我们做深度解读,兼谈黑洞的前生今世。

  这张照片摄自梅西耶87(M87)星系中心的黑洞,重约60亿个太阳质量,距离地球5600万光年,由全世界横跨几大洲近10台毫米波望远镜(或阵列)组成ETH进行联网观测,项目团队包括来自中科院上海天文台、云南天文台、中科院高能所、北京大学、华中科技大学、南京大学等单位的10余名成员。

  EHT项目团队在2017年4月5日到11日之间对M87进行了4次非常成功的联合观测,并经过近两年的数据处理,呈现给人类首张黑洞照片,如上图所示。照片中最明显就是圆环状结构,中心比较灰暗,这个阴影区域就是人们梦寐以求的黑洞影子。需要指出由于光线弯曲等效应和望远镜的分辨率还不足够高,我们观测到的黑洞视界区域并不会完全黑暗,而是灰暗。这个圆环大小约为40个微角秒,与广义相对论预言几乎完全一致。此外,这个亮环呈不对称结构,左下角比右上角亮10倍以上,这也与广义相对论预言一致,由多普勒效应导致,其中朝向我们运动的等离子体辐射会变亮,而远离我们的辐射会变暗。

  1905年和1916年爱因斯坦分别提出了狭义相对论和广义相对论,这不仅改变了人类对宇宙的认识而且还深深的影响了我们的日常生活,如GPS若不考虑广义相对论效应则无法使用。在过去的一百年中,广义相对论经受住了越来越精确的实验检验,其中比较著名的有:1)水星近日点进动;2)光线偏折;3)光线引力红移;4)雷达回波延迟;5)LIGO发现引力波。

  广义相对论一个著名的预言就是黑洞。一切物质落入黑洞视界后都会消失的无影无踪,奔向奇点,连光都无法逃脱。经过近百年的努力,目前天文学家发现几乎每个星系中心都存在一个百万到百亿个太阳质量的巨型黑洞,而且每个星系中可能还存在上亿个恒星级黑洞。目前,黑洞存在的间接证据已经有很多,但人类更渴望直接看到黑洞的面目。虽然黑洞本身并不发光,但它具有强大的引力,可以将周围的物质吸引过来,形成绕其转动的吸积盘。吸积盘可以将吸积物质的引力能变成辐射,从而可以被我们看到。

  图2 视界望远镜

  “视界”望远镜是世界各地200多名科学家组成的一个重要国际合作项目。全世界横跨几大洲近10台毫米波望远镜(或阵列),组成了一个相当于地球大小的超级虚拟望远镜(相当于一台上万公里巨型望远镜),如上图所示。其分辨率达到了20微角秒,比哈勃望远镜高近2000倍,可以分辨出38万公里外月球上的一个乒乓球大小。这台超级望远镜分辨率基本达到了我们银河系和M87中两个超大质量黑洞在天空投影的角分辨率,因此被形象的称为“视界”望远镜。中国团队参与运行的JCMT是“视界”望远镜阵列之一,同时参与了部分数据和理论分析工作。

分类标签:黑洞  

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