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关于“摄猎”黑洞的八大天问

  既然我们可以将两个望远镜放置得很远实现更高分辨率,那么能否只用两个望远镜来完成黑洞照片呢?很遗憾,不行。观测要求的不仅仅是分辨率,还有灵敏度——高分辨率可以让我们看到更多的细节,而高灵敏度则能够让我们看到更暗的天体。

  ⑧中国科学家在“黑洞照相馆”中发挥了什么作用?

  本文由中科院中国科普博览微信公号与本版共同推出。作者为《黑洞来客》团队成员,其中苟利军为中科院国家天文台研究员、国家天文台恒星级黑洞爆发现象研究创新团组负责人。

  ①这张值得全世界六地同时兴师动众发布的照片,究竟是怎么拍出来的?

  1968年,美国天体物理学家约翰⋅惠勒提出了“黑洞”的概念,而100多年前德国物理学家卡尔⋅史瓦西就为黑洞作出了精确解。今天我们收获了第一张黑洞的照片,人类对黑洞和宇宙的认识又迈出了关键一步。

  长久以来在电脑上模拟得到的黑洞形象,第一次真实地呈现在我们的眼前。在这张来自视界望远镜的照片里,M87中心黑洞如同电影《指环王》中索伦的魔眼,在温暖而神秘的红色光环中间,是一片深黑的无底之洞。

  视界望远镜此次观测其实选定了两个目标:一个是我们银河系中心的超大质量黑洞,质量为450万倍的太阳质量,距离地球2.6万光年;另外一个是位于M87星系中心的黑洞,其质量为65亿倍的太阳质量,距离地球5300万光年。

  与光学照片一样,清晰度根源于分辨率。要提高望远镜分辨率,可从两方面努力:一是降低观测频段光子的波长(等价于增强能量),二是增加望远镜的有效口径。利用全球不同地方的望远镜联网,我们得到了一个口径超大的望远镜,并在相关技术相对成熟的射电波段内,选择了能量最高的毫米和亚毫米波段。

  M87中心黑洞附近气体活动比较剧烈,我们之前已经观测到了它所产生的强烈喷流,相较之下,银河系黑洞的活动不那么剧烈。

  部分中国科学家也参与了后期的数据分析和讨论,为世界上第一张黑洞照片做出了贡献。

对本次拍摄黑洞作出重要贡献的南极SPT望远镜。(来自百度网)

  2016年探测到的双黑洞合并产生的引力波,更是让人们愈加相信黑洞的存在。但引力波是类似于声波的“听”的方式,而电磁方式是一种“看”的方式,对于更倾向于“眼见为实”“有图有真相”的人类而言,以直观的电磁方式探测到黑洞还是非常让人期待的。所以,在2016年初引力波被直接探测到之后,视界面望远镜并没有放弃观测,反而以全球联网的方式,把这一探测技术推向了极致。

  M87是一个包含气体很少的椭圆星系,受到的气体干扰相对少很多,科学家们可以比较顺利地进行观测。我们在大气层之内观测天体时也会有类似情况,因为大气扰动的缘故,望远镜的分辨率有时很难达到理想状况。消除星际气体散射的效应是科学家接下来需要克服的一个重要网页游戏私服推荐。

  直接成像除了帮助我们直接确认了黑洞的存在,同时也通过模拟观测数据验证了爱因斯坦的广义相对论。在视界望远镜的工作过程和数据分析过程中,科学家发现,bt网页游戏sf,所观测到的黑洞阴影和相对论所预言的几乎完全一致,令人不禁再次感叹爱因斯坦的伟大。

  事实上,亚毫米波段和我们非常熟悉的可见光有着天壤之别。这个波段我们是无法直接看到的,利用亚毫米波段给黑洞拍照,其实就是得到黑洞周围辐射的空间分布图。

黑洞艺术想象图。(中国科学院上海天文台供图)

  这个圆环的一侧亮一些,另一侧暗一些,原因在于吸积盘的运动效应——朝向我们视线运动的区域因为多普勒效应而变得更亮,远离我们视线运动的区域会变暗。中间黑色的区域就是黑洞本身——光线无法逃离之处。

  值得注意的是,有效口径取决于望远镜网络中相距最远的两个望远镜之间的距离。2017年,一系列亚毫米波望远镜加入观测,2018年北极圈内格陵兰岛的亚毫米波望远镜加入,基线长度增加,提高了分辨率。

  ④黑洞研究历时已久,4年前引力波已经让我们“听”到了来自黑洞合并的声音,为什么直到今天我们才“看”到黑洞的照片?

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