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黑洞首现真容

时间:2019-11-23

在全球数十个研究机构、200多名科学家共同努力下,人类史上首张黑洞照片正式发布。那巨大的火环,宛若打开另一个平行时空的入口,让我们一窥浩瀚宇宙的奥秘,感受科学探索的无尽魅力。

黑洞(black hole)有史以来第一次在人类面前露出了真面目。黑洞吸引万物的力量——重力超级强大,是可以吸入所有物质的天体。这次公开的黑洞照片,完美契合了100年前爱因斯坦相对论的预测。

“当你凝视着深渊时,深渊也在凝视着你。”若将尼采这句名言嫁接到天文学上,当科学家凝视黑洞时,却连一丝光也看不到……

向着未知世界挺进,是人类文明发展的原动力,它让国际空间站的太空漫游不再寂寞,让追寻DNA生命本质的旅程加快脚步,让突破量子密码的视野更加开阔……随着黑洞“真容”在朋友圈刷屏,有人说,有生之年见到黑洞已然无悔,但人类不会停下探索的脚步。在星辰大海的探秘征途上,人类携手合作,还将创造新的奇迹。

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然而,科学家却以恢弘的想象力、超凡的实验能力和惊人的毅力,组建起了直径相当于地球的“事件视界望远镜”。经过两年多不懈努力,终于获得了黑洞在明亮吸积现象和“宇宙火柱”喷流现象衬托下的首张“剪影”——如同一团温暖的烛光,温柔映衬出沉寂黑洞的阴影。

▲ 距离5500万光年,直径160亿公里的黑洞 - 事件视界望远镜国际联合研究团队10日公开了位于处女座银河中央的M87黑洞的照片。中间的黑色圆洞就是黑洞。/EHT

自爱因斯坦1916年提出黑洞理论预言以来,人类终于第一次得到了黑洞存在的铁证!

全世界20多家研究机构参与的国际联合项目“事件视界望远镜”,10日在国际学术期刊《天体物理学杂志通讯》上宣布:“2017年4月,全世界8个地方的射电望远镜同时观测了位于处女座银河端中央的M87黑洞,首次确认了其外观。”

全球联手,拼接黑洞“剪影”

◇和爱因斯坦相对论的预测一致

由于强引力的存在,黑洞里连光都无法逃逸。因此,从理论上来说,人类根本不可能给黑洞主体拍照。不过,根据爱因斯坦广义相对论的预言,黑洞边缘存在着一种名为“黑洞视界”的交界带。在这个交界地带,周围气体会在黑洞强大引力下落入其中,并发出强烈辐射,产生明亮的吸积现象,同时还会喷发出强烈的物质和能量外流,呈现壮观的“宇宙火柱”喷流现象。由此,人类可通过对它的精细描绘勾勒出黑洞轮廓。

当天EHT公开的黑洞影像,一侧发出明亮的光,好像弯月。这个物质和黑洞的界面就是本次项目的名称“事件视界(event horizon)”。如果物质经过这里掉入黑洞,就再也无法回来。

然而,要获得这样一幅黑洞“剪影”,难度超乎想象。黑洞研究专家、中国科学院上海天文台副台长袁峰介绍,直接观测黑洞需要极高分辨率的望远镜:如果是光学望远镜,则要为它配备一块直径达几公里的玻璃镜片;如果是红外望远镜,它的口径更要达到几十甚至上百公里;若是毫米波望远镜,其口径将相当于地球直径。

黑洞是18世纪首次提出的概念,但成为科学研究对象是得益于1915年爱因斯坦的广义相对论。爱因斯坦主张,如果天体太重,会因自身的重力而急剧收缩。这就形成了黑洞。

目前,人类技术磨不出几公里口径的玻璃镜片,但依靠甚长基线干涉测量技术,只要将在地球不同地区的毫米波射电望远镜联成网,就相当于组成了一座与地球直径相当的超大望远镜。

研究团队选择了观测黑洞的轮廓——“影子”的方法。黑洞的重力太强,会让周围的时间和空间扭曲。在影像中,黑洞的一侧显得明亮,也是奇特的现象。靠近事件视界的物质以接近光速的速度公转,被拉入黑洞里。根据爱因斯坦的相对论,在这样旋转的物质圆盘中,朝地球运动的部分比远离地球的部分看起来更明亮。

创建EHT是一项非常艰巨的工作,需要升级和连接部署八个现有的射电望远镜来组成全球网络,而这些望远镜分布在全球的高海拔地区,包括夏威夷和墨西哥的火山、美国亚利桑那州山脉、西班牙内华达山脉、智利阿塔卡马沙漠,以及南极点。

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