1. 卿媒體首頁
  2. 資訊
  3. 科技

這就是天文學家捕獲的首張黑洞照片!

北京時間4月10日消息,這就是天文學家捕獲的首張黑洞照片!此次發布的黑洞圖像揭示了室女座星系團中超大質量星系 M87中心的黑洞,其距離地球 5500萬光年,質量為太陽的 65 億倍。該圖像的許多特征與愛因斯坦廣義相對論的預言完全相一致,在強引力極端環境下進一步驗證了廣義相對論。
這就是天文學家捕獲的首張黑洞照片!
黑洞是什么?
自上世紀中期開始,人們對黑洞的探秘就從未停止過。
200多年前,英國的米歇爾和法國的拉普拉斯就曾提出: 一個質量足夠大但體積足夠小的恒星會產生強大的引力,以致連光線都不能從其表面逃走,因此這顆星是完全“黑”的,但這一推論隨后被人遺忘。
1915年愛因斯坦發表廣義相對論不久,德國數學家史瓦西得到了靜態球對稱情況下愛因斯坦場方程的一個解,解在一個特殊半徑(后稱史瓦西半徑)處存在奇異性。

1939年美國物理學家奧本海默等也證明確實存在一個時間-空間區域,光也不可能從該區域逃逸而到達遠處的觀察者。這一區域的邊界稱為視界,在靜態球對稱情況下,視界半徑就是史瓦西半徑。如果某天體的半徑小于史瓦西半徑,那么該天體就應該是“黑”的,無法被我們看到。
科學家們把這些引力極強而又“看不到”的特殊天體稱為“黑洞”。因此,黑洞也是愛因斯坦廣義相對論預言的一種產物。
黑洞如何形成:都是引力惹的禍中國科學院國家天文臺研究員陸由俊說:“目前比較明確的是恒星級質量的黑洞是恒星塌縮的遺骸;而大質量黑洞則有可能由其它機制產生的中等質量黑洞吸積物質長大而成。”
所有的恒星都是核聚變反應爐,在其中,輕元素(主要是氫)聚合成重元素。核聚變過程提供了恒星一生的大部分能量。不過,最終,核燃料耗盡,由中心產生的能量再也無力對抗外殼巨大的重量,引力開始起主宰作用。
根據相對論,沒有東西能行進得比光還快。如果光都逃逸不出來,其他東西更不可能:所有東西都會被引力場拉回去。這樣,就出現了一個事件的集合或時空區域,光或任何東西都不可能從該區域逃逸而到達遠處的觀察者——我們將這一區域稱謂黑洞,將其邊界稱作事件視界。
這就是天文學家捕獲的首張黑洞照片!
如何確認黑洞的存在
科學家們可以通過黑洞對周圍天體的影響來間接地感受到它的存在,尤其是它巨大的引力造成的時空扭曲,就像可以通過月亮的繞行軌道和速度來間接推測地球的質量。其次,上文提到過吸積盤和噴流會產生發光現象,伴隨其他頻段的輻射。
最后,黑洞與其他天體或另一個黑洞的相互作用會產生大量引力波,也是可探測的線索。
為什么要給黑洞拍照
沒有什么比照片更適合證明黑洞的存在。

科學家們給黑洞拍照的過程長達兩年之久,為什么科學家們要這么執著給黑洞拍照呢?科學界給黑洞拍照的念頭,至少存在了30年了。愛因斯坦在相對論中就曾經預言過黑洞的存在,盡管科學界已經普遍達成共識,但對于公眾來說,還是有著質疑的聲音。怎樣更好的證明黑洞的確曾在?拍張照“有圖有真相”肯定最有說服力。
然而,這張照片的拍攝難度可不是一般的大。黑洞離我們實在太遠了,哪怕是“夠檔次”的天文望遠鏡,分辨率依然不夠。科學家們估計,至少得地球那么大的天文望遠鏡,才能達到給黑洞拍照的條件。
現有的單個望遠鏡肯定是不夠了,咋辦?這一次給黑洞拍照,科學家們就想出了“化整為零”的方法,麻省理工學院的科學家們聯合了其它研究機構的科研人員,開展了“事件視界望遠鏡”項目,在全球多地布下了8個亞毫米射電望遠鏡,同時對黑洞展開觀測。今天晚上大家看到的黑洞“真容”,就是望遠鏡“8兄弟”齊心協力的結果。
什么樣的黑洞適合拍照
黑洞陰影和周圍環繞的新月般光環是非常小的,在拍照設備能力有限的情況下,要想拍攝到黑洞的照片,毫無疑問,我們希望找到一個看起來直徑足夠大的黑洞作為對象。

由于黑洞事件時界的大小與其質量成正比,這也就意味著質量越大,其事件視界越大,因此近鄰的超大質量黑洞是完美的黑洞成像候選體,位于人馬座方向的銀河系中心黑洞Sgr A*和近鄰射電星系M87*星系中心是兩個目前已知最優的候選體。

黑洞的照片是怎么拍出來的?

雖然科學家們看不到黑洞的本體,但可以一直追溯到光子消失的“視界”,這是我們能“看到”的極限。

黑洞周圍的確會存在一些發光的現象,比如黑洞在吃掉周圍的恒星時,會將恒星的氣體撕扯到身邊,形成一個旋轉的吸積盤。黑洞有時候也會“打嗝”,一部分吸積氣體會沿轉動方向被拋射出去,形成噴流。

吸積盤和噴流都會因氣體摩擦而產生明亮的光線,以及其他頻段的輻射。

什么樣的望遠鏡可以對黑洞成像?

要對黑洞成像,必須保證望遠鏡足夠靈敏,能分辨的細節足夠小,從而能保證看得到和看得清。滿足這些條件,最好的工具莫過于1967年出現的甚長基線干涉測量技術(值得一提的是,該VLBI技術也成功應用于我國嫦娥探月工程的探測器的測定位)。假定在1毫米波長探測,一個長度為1萬千米的基線能獲得約21微角秒的分辨本領。

這次拍到了哪個黑洞的照片?

兩個超大質量黑洞。一個是銀河系中心黑洞Sgr A*,一個位于室女座的M87星系中心。之所以選擇這兩個目標,而不是銀河系中更近的恒星級黑洞,是因為它們的視界從地球上看足夠大。

長久以來,科學家們就發現幾千億顆恒星圍繞著銀河系中心轉動,推測出那里存在一個超大質量的天體。根據計算,Sgr A*的質量大約相當于400萬個太陽,視界半徑約2400萬公里。聽起來足夠大,不過,鑒于銀河系中心黑洞遠在2.5萬光年(約24億億公里)之外,實際效果相當于在地球上觀察一顆放在月球上的橙子,或者在北京看清上海一顆高爾夫球上的小坑。

M87中心的超大質量黑洞則達到了66億倍太陽質量,視界范圍大約是冥王星軌道的三倍。當然,因為距離更遠的緣故,M87中心黑洞在地球上看的實際效果與Sgr A*可能相差不大。

怎么拍出分辨率這么高的照片?

全球望遠鏡組成陣列,聯合觀測,形成一個有效口徑等于地球直徑的大望遠鏡。這個虛擬的大望遠鏡叫做“事件視界望遠鏡”(EHT),由8臺望遠鏡組成。分別是:南極望遠鏡(South Pole Telescope);位于智利的阿塔卡馬大型毫米波陣(Atacama Large Millimeter Array,ALMA);位于智利的阿塔卡馬探路者實驗望遠鏡(Atacama Pathfinder Experiment);墨西哥的大型毫米波望遠鏡(Large Millimeter Telescope);位于美國亞利桑那州的(Submillimeter Telescope);位于夏威夷的麥克斯韋望遠鏡(James Clerk Maxwell Telescope,JCMT);位于夏威夷的亞毫米波望遠鏡(Submillimeter Array);位于西班牙的毫米波射電天文所的30米毫米波望遠鏡。它們在2017年4月對兩個黑洞目標進行了聯合觀測。

從2018年起,又有格陵蘭島望遠鏡、位于法國的IRAM NOEMA天文臺和位于美國的基特峰國立天文臺加入后續的研究和校準工作。

全球一共60多個研究機構參與了研究,其中包括中國科學院下屬的上海天文臺、云南天文臺等機構,以及華中科技大學、南京大學、中山大學、北京大學、中國科學院大學、臺灣大學等高校。這也是中國上海和臺北兩地聯合舉辦新聞發布會的原因。

只可遠觀:會把人變成意大利面

盡管人們對黑洞的熱情高漲,但其只可遠觀而不可接近,否則,后果很嚴重。簡單來說,如果你和黑洞靠得太近,你就會就像意大利面一樣被拉長。這一現象有個極富創意的名字“意大利面條效應”。之所以會產生這種效應,是因為人體各處受到的引力大小不同。

如果你兩腳朝下飛向黑洞,由于你的腳離黑洞更近,它受到的引力將比頭部受到的引力要大。更糟糕的是,由于胳膊并非位于身體中心,它們被拉長的方向會與頭部的朝向稍有不同,你身體的邊緣部位會被拉進身體里。最后的結果是,你的身體不僅被拉長了,而且還變細了。因此,還沒等你(或其他物體)抵達黑洞中心,你就早早地變成了一根意大利面條。

本站系本網編輯轉載,轉載目的在于傳遞更多信息,并不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責。如涉及作品內容、版權和其它問題,請在30日內與本網聯系,我們將在第一時間刪除內容!
[聲明]本站文章版權歸原作者所有 內容為作者個人觀點 本站只提供參考并不構成任何投資及應用建議。本站擁有對此聲明的最終解釋權

聯系我們

153-0546-6707?

在線咨詢:點擊這里給我發消息

郵件:[email protected]

工作時間:周一至周五,9:30-18:30,節假日休息

亿客隆彩票首页