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剛剛公布的M87星云黑洞。圖源 / 事件視界望遠鏡 - 圖書君語 - 億萬年來，地球生命眼中所見的星辰 一直只有恒星、行星、衛(wèi)星和彗星 今天，我們終于將視線延伸到宇宙深處 得以目睹黑洞真容 今天，你們應該都被開頭這張黑洞的照片刷了屏。 黑洞，宇宙里最神秘也最迷人的天體之一。 在人類現(xiàn)有的認知里，它代表著死亡和永恒這樣的終極問題。 黑洞，是恒星最壯烈的一種歸宿。當恒星的燃料被核聚變消耗殆盡，它就走到了生命的盡頭。 如果此時恒星的質量足夠大，當它通過壯觀的超新星爆炸結束生命后，剩下的殘骸就會在無可抵擋的引力作用下，塌縮成宇宙中密度最大的天體——黑洞。 電腦模擬的黑洞外觀。圖源/User:Brandon Defrise Carter 巨大質量的殘骸都被塞進了極小的空間之中，強大的引力甚至扭曲了時空，讓周圍的一切物質都沒法逃脫黑洞的吞噬，連宇宙中跑得最快的光都逃不出這個囚籠。 這個連光都逃不出的區(qū)域邊界，就叫做黑洞的視界。 這次新聞的主角，事件視界望遠鏡的名字，就由此而來。 藝術家筆下黑洞的概念圖。周圍環(huán)繞黑洞的盤狀物質即為吸積盤、上方條狀物為噴流。該圖未考慮黑洞自身造成的重力透鏡效應對影像的影響。圖源/https://www./mission_pages/nustar/multimedia/pia16695.html 對黑洞的觀測和研究都極為困難，連光都難以從黑洞中逃逸出來。 這次的黑洞照片，準確來說，不能算是“拍照”。 通常我們給物體拍照時，實際上是相機接受到了物體發(fā)射或者反射來的光線后成像。 但是這招在黑洞身上不管用。黑洞本身并不發(fā)光，也不反光，而是把視界以內(nèi)的光線都吞掉了，所以黑洞根本不會傳遞光線給望遠鏡，它是“黑”的。 M87星系中心超大質量黑洞模擬圖。圖源/Andrew Chael 不過，黑洞本身不會發(fā)光，但它周圍會存在一些極具標識性的結構——大量氣體形成旋轉的氣體盤。還有一部分物質磁場作用而被拋射出來，這就是黑洞的噴流。吸積盤和噴流都會釋放出光信號。 所以今天的這張照片，拍攝的是視界外的物體在向黑洞墜落時，所最后發(fā)出的光芒。 銀河系中心超大質量黑洞“人馬座A*”模擬圖。最左邊的圖是純粹的模擬，而后三張加上了光線被散射后的效果。圖源/Astrophysical Journal 我們拍不到隱形的人，但我們能拍到隱形人穿的衣服。這些物體被吞噬前發(fā)出最后的閃光，成了黑洞身上披著的明亮輕紗。輕紗中央罩著黑洞的部分顯得較黯淡，而輕紗的邊緣則明亮很多，最終就形成了照片中那樣的美麗剪影。 我們其實是通過光明來看到黑暗，通過黑洞在照片上的“缺席”來看到黑洞的“存在”。 實際上，給黑洞拍照最大的難點并不是它“黑”，而是黑洞實在是離我們太遠了。 這次拍攝的黑洞距離地球真的太太太太遙遠，室女A星系（M87）黑洞，離地球距離5500萬光年。 光走1秒的距離，已經(jīng)能繞地球7圈半，整個太陽系的半徑，也就是1光年的幾千分之一。 5500萬光年這個尺度，已經(jīng)無法用言語來形容。 活動星系M87，其中的條帶狀氣流為噴流。圖源/NASA and The Hubble Heritage Team(STScI/AURA) 室女A星系（M87）黑洞，幾乎是從地球上最容易“看清”的黑洞了。它是位于星系核心的超大質量黑洞，比普通黑洞要大很多，質量約是太陽的65億倍。再加上它的軌道周期長，星際氣體的干擾小，所以最后的照片成像質量要更高一點。 但由于距離實在過于遙遠，要看清它，不亞于在地球上用肉眼看月球上的一顆蘋果。 為了實現(xiàn)這個高難度目標，科學家們用了一種叫做甚長基線干涉的技術，整合了世界各地的8個射電望遠鏡組。 位于智利阿塔卡馬沙漠的ALMA望遠鏡陣列。圖源/ALMA(ESO/NAOJ/NRAO)/W.Garnier(ALMA) 這些大大小小的望遠鏡，位于太平洋中的島嶼、墨西哥的火山、智利的沙漠、南極圈的冰雪上…… 集合了全世界的力量，才創(chuàng)造出來這個覆蓋口徑等效于地球直徑的天文望遠鏡陣列。 目前參與EHT計劃的望遠鏡陣列在全球的分布情況。圖源/https:///array 這些望遠鏡，每年能夠同時觀測到目標黑洞的時間，也只有短短5個星期而已。 為了進行時間上的精確同步，甚至使用了原子鐘，這個人類目前所能最精確的計算時間方法 。 在每個觀測中心，科學家們用提前校對好的原子鐘時間，對每一個電磁波到達的時間進行分別標定和存盤，等觀測結束后，再使用大型計算機集群將會對數(shù)據(jù)時間進行合并與分析，這張黑洞照片，才被“計算”了出來。 這個計算，從2017年4月開始直到現(xiàn)在。換句話說，從望遠鏡“看”到黑洞，再到我們?nèi)祟惸芸吹胶诙?，至少用了兩年?/p> 從愛因斯坦1915年提出廣義相對論，到現(xiàn)在已經(jīng)過去了100年。 這次觀測到的室女A星系（M87）黑洞，位于銀河系隔壁的室女座星系。跟以自轉運動為主的螺旋星系，也就是我們所在的銀河不同，室女座星系是橢圓星系，里面的恒星的運動是以不規(guī)則的運動為主。 也就是說，跟銀河系，是完全不一樣的風景。 在紅外波段格外明亮的銀心與銀盤。圖源/《中國國家地理少兒百科 宇宙》 人類現(xiàn)在連火星都到不了，更別說走出太陽系了。 而M87星系離地球，大概有千幾億個太陽系的距離。 這個距離，是我們窮極畢生，甚至可能直到人類滅絕，都無法跨越的距離。 所以這張黑洞照片，是全地球人一起，用望遠鏡跨越了銀河系，跨越了幾千億個太陽系的距離。 到5500萬年前的室女座A星系，看了一眼。 科學家推測銀河系中心大概長這樣。室女座星系的模樣，比它更難以想象。圖源：https://apod./apod/ap040921.html 作者： 蔡一鳴，美國馬里蘭大學理論物理博士在讀 趙越玖，中科院卡弗里理論科學研究所博士在讀，理論物理學愛好者 參考資料： https:///array https:///news/2019/04/heres-what-scientists-think-their-first-picture-of-a-black-hole-might-look-like https://www./article/2198937-first-ever-picture-of-a-black-hole-may-be-revealed-this-week/ https://science./content/335/6067/391.full Heart on fire: Our galaxy's black hole is set to blow,SPACE 24 April 2013 https://www./article/mg21829142-200-heart-on-fire-our-galaxys-black-hole-is-set-to-blow/ |
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