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高清黑洞照片来了,验证了爱因斯坦的话语

  北京时间2019年4月10日,人类首张黑洞照片发布!

  北京时间4月10日21时

  人类首张黑洞照片发布↓↓↓

高清黑洞照片来了,验证了爱因斯坦的话语

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高清黑洞照片来了,验证了爱因斯坦的话语

  中国青年报客户端联合中科院上海天文台现场直播画面

  看到照片

  网友:怎么看不清???

高清黑洞照片来了,验证了爱因斯坦的话语

  人类史上首张黑洞照片问世

  北京时间4月10日,“事件视界望远镜”(EHT)项目在美国华盛顿、中国上海和台北、智利圣地亚哥、比利时布鲁塞尔、丹麦灵比和日本东京同时召开的新闻发布会上,以英语、汉语、西班牙语、丹麦语和日语发布“事件视界望远镜”的第一项重大成果——人类有史以来获得的第一张黑洞照片。

高清黑洞照片来了,验证了爱因斯坦的话语

  此前预期黑洞会形成一个类似阴影的黑暗区域,这正是爱因斯坦广义相对论所预言的。

  不少网友激动地表示:有生之年系列!

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  照片冲洗费时两年

  2017年4月,事件视界望远镜(EHT)项目启动,这是一个由全球200多位科研人员共同达成的重大国际合作计划。

  EHT通过“甚长基线干涉技术”(VLBI) 和全球多个射电天文台的协作,构建一个口径等同于地球直径的“虚拟”望远镜——事件视界望远镜。

  EHT的“八只眼睛”位于美国、墨西哥、智利、法国、格陵兰岛和南极,这8个射电望远镜有单镜、也有望远镜阵列。它们向选定的目标撒出一条大网,捞回海量数据,勾勒出黑洞的模样。

  据介绍,黑洞照片的“冲洗”用了约两年时间。

  值得一提的是,包括中国科学院上海天文台在内的一些国内机构也参与了此次国际合作。

  为什么照片看不清?

  今天白天,就有不少媒体表示:黑洞的照片可能看不清!

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  据科普中国解释,首先,黑洞自身是不发光的,我们看到的发光实际都来自于事件视界外面的物质,并不来自于黑洞本身,但黑洞的存在会在照片上留下“阴影”。其次,由于黑洞强引力导致的相对论效应,如光线弯曲、引力红移等,会导致黑洞周围物质发光的不对称和扭曲。

  此外,事件视界外面的“环境”并不完全干净,尘埃、气体、磁场、喷流等因素都会对事件视界外物质的发光产生影响。

  而且,事件视界望远镜的分辨率毕竟还是有限的,图像的测量和重构过程也很复杂!

  补充阅读

  黑洞是什么?

  理论上,黑洞是爱因斯坦广义相对论预言存在的一种天体。

  它具有的超强引力使得光也无法逃脱它的势力范围,该势力范围称作黑洞的半径或称作事件视界(event horizon)。

  宇宙中,根据质量天文学家们将宇宙中的黑洞分成三类:恒星级质量黑洞(几十倍-上百倍太阳质量)、超大质量黑洞(几百万倍太阳质量以上)和中等质量黑洞(介于两者之间)。

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  致密天体根据质量的分类,图片来源:NASA

  为什么要研究黑洞?

  黑洞就在宇宙中,等着我们去研究。列举几个有意思的理由:

  第一,在我们居住的银河系中心就有一个超大质量黑洞,它的质量大约400多万倍太阳质量。

  第二,大家可能会问,这颗超大质量黑洞会影响我们的生活吗?

  第三,银河系中除了这个超大质量黑洞外,还有很多恒星级黑洞,它们和我们有关系吗?

  第四,黑洞和它所在的星系之间究竟有什么关系,这是我们非常关心的领域。黑洞自身有一堆秘密,让人着迷。

  真的有黑洞吗?

  黑洞的名字,乍一听,黑的洞,那是不是表明没法看见;如果没法看见,那怎么就知道它存在呢?

  在这次拍照前,天文学家们是通过各种间接的证据来表明黑洞的存在,主要有三类代表性证据。

  第一,恒星、气体的运动透露了黑洞的踪迹。黑洞有强引力,对周围的恒星、气体会产生影响,于是我们可以通过观测这种影响来确认黑洞的存在。

  第二,根据黑洞吸积物质(吃东西)发出的光来判断黑洞的存在。

  第三,通过看到黑洞成长的过程“看”见黑洞。

  还有很多类似的证据,无不说明了黑洞真实存在。

  但这还是间接的,我们想直接“看”到黑洞。

  为什么要给黑洞拍照?

  对黑洞阴影的成像将能提供黑洞存在的直接“视觉”证据。

  黑洞是具有强引力的,因此给黑洞拍照,最重要的目的是在强引力场的极端环境下验证爱因斯坦的广义相对论,并同时细致研究黑洞周围的物质吸积和喷流的形成及传播。

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  给黑洞拍照,是要拍一张怎样的照片呢?

  广义相对论预言,由于黑洞的存在,我们将会看到中心区域存在一个由于黑洞视界而形成的阴影(shadow),其周围环绕一个由吸积或喷流辐射造成的如新月状的光环,由于黑洞的自旋及与观测者视线方向的不同,光环的大小约为4.8-5.2倍史瓦西半径(注:史瓦西半径指没有自旋的黑洞的事件视界半径)。

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  什么样的黑洞适合拍照?

  黑洞阴影和周围环绕的新月般光环是非常非常小的。在拍照设备能力有限的情况下,要想拍摄到黑洞的照片,毫无疑问,我们希望找到一个看起来角直径足够大的黑洞作为对象。

  由于黑洞事件视界的大小与其质量成正比,这也就意味着质量越大,其事件视界越大,因此近邻的超大质量黑洞是完美的黑洞成像候选体。位于人马座方向的银河系中心黑洞SgrA* 和近邻射电星系M87的中心黑洞M87* 是两个目前已知最优的候选体。

  银河系中心黑洞的史瓦西半径约为10微角秒,其黑洞阴影的角直径大小相应为47-50微角秒,这相当于一个苹果在月球上的角直径大小(月球的角直径是30角分)。M87中心的超大质量黑洞(M87*)的黑洞阴影看起来要比银心的黑洞阴影略小,约为37-40微角秒。

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  什么样的望远镜可以对黑洞成像?

  要对黑洞成像,必须要保证望远镜足够灵敏,能分辨的细节足够小,从而能保证看得到和看得清。满足这些条件,最好的工具莫过于1967年出现的甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry, VLBI)技术(值得一提的是,该VLBI技术也成功应用于我国嫦娥探月工程的探测器的测定位)。假定在1毫米波长观测,一个长度为1万千米的基线能获得约21微角秒的分辨本领。

  但大家可千万别以为,只要VLBI阵列的分辨率足够高,就一定能成功给黑洞拍照。因为,情况没那么简单。如同观看电视节目必须选对频道一样,对黑洞成像而言,能够在合适的波段进行VLBI观测至关重要。观测黑洞视界的最佳波段在1毫米附近。

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