|
昨晚，一個“甜甜圈”在朋友圈和各大網(wǎng)站上刷屏了。
這就是銀河系中離我們最近的超大質(zhì)量黑洞的首張留影。 全世界300多名天文學(xué)家們（17位來自中國大陸）花了足足5年，才總算搞清楚它長什么樣。 這一突破性成果在全球各地（包括上海）同時召開的新聞發(fā)布會公布于眾。 它除了視覺上“實錘”了上世紀(jì)70年代科學(xué)們就提出的“銀河系中心存在一個超大質(zhì)量黑洞”的推測，也為理解這種居于大多數(shù)星系中心的“巨獸”的行為提供了寶貴的線索。
△ 銀河系中心那么，它究竟如何而來，又為什么要花這么久？ 離人類最近的黑洞照片很多人看到它的第一眼，都是怎么這么眼熟。 因為它和人類拍到的第一張黑洞照片確實有點像。 人類首張黑洞照片于2019年誕生，拍到的是離我們非常遙遠的M87星系中心的超大質(zhì)量黑洞，它來自河外星系的室女座星系團，質(zhì)量是太陽的65億倍，距離地球5500萬光年。
現(xiàn)在這張照片里的黑洞離地球更近，拍攝過程也經(jīng)歷了更多困難，結(jié)果是通過數(shù)千張照片進行分析取平均得來的。
它就處于銀河系最中心，學(xué)名叫“人馬座A”，距離地球僅2.7萬光年，質(zhì)量為太陽的400萬倍，被認(rèn)為是*研究黑洞物理的最佳目標(biāo)。 人類發(fā)現(xiàn)宇宙最大的恒星r136a1，質(zhì)量也只是太陽的265-315倍。 至于為什么這兩個黑洞處于兩個完全不同的星系，但呈現(xiàn)的樣子卻差不多，科學(xué)家表示，這說明黑洞周圍物質(zhì)都被廣義相對論這種相同的物理過程控制。 黑洞作為一個看不見的致密天體，由恒星一路從白矮星、中子星演變而來，在1916年首次被德國天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)。 在我們所處的銀河系中，就存在上億個黑洞，超質(zhì)量黑洞則有數(shù)百萬個。 上世紀(jì)60年代，天文學(xué)家推測銀河系的中心存在著一個超大質(zhì)量的黑洞，作為類星體產(chǎn)生巨大能量的“隱形引擎”。 類星體，就是類似恒星的星體，其射電源釋放出的能量是包含千億顆恒星的銀河系的1000多倍。
70年代，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)銀河系中心確實存在著存在致密射電核。 從90年代開始，世界各地的科學(xué)家開始就利用周圍的恒星運動測量其存在。 2020年，美國和德國三位科學(xué)家因為確立了黑洞可在廣義相對論理論框架下形成的理論，以及觀測到了這個與推測相符合的超大質(zhì)量致密天體，獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。
距離更近，為什么更難拍到？黑洞雖然很大（直徑4400萬公里），但離地球?qū)嵲谔h。 為了一睹其真面目，2017年，國際研究團隊事件視界望遠鏡（EHT）合作組織開始將分布在包括南極在內(nèi)的不同地方的8臺毫米波望遠鏡聯(lián)網(wǎng)，組成相當(dāng)于地球直徑的虛擬望遠鏡（地球直徑1萬2千多公里）進行拍攝。
具體來說，利用甚長基線干涉測量技術(shù)，科學(xué)家們在地球上記錄無線電波到達的信號，并用高精度的原子鐘進行同步。 有了來自不同觀測站望遠鏡的數(shù)據(jù)，科學(xué)家們就能重建出一幅發(fā)生在數(shù)萬光年之外的圖像。 大家可能還記得第一張黑洞照片也是這個組織拍到的。 不過它們都同時于2017年開拍，為什么這個黑洞多花了3年？而且還在這個黑洞的距離離地球這么近的情況下。 原因其實有很多，比如： 1、相比M87星系中心黑洞的質(zhì)量太小，導(dǎo)致它周圍物質(zhì)運動的速度要快很多。這就導(dǎo)致原本好幾天時間里的變化，現(xiàn)在變成了在幾分鐘左右內(nèi)就會發(fā)生，所以觀測難度更大。 2、尺寸太小，導(dǎo)致其事件視界小而暗淡，對事件視界望遠鏡的觀測提出了更高的要求。 所謂“事件視界”就是指黑洞中光線無法逃出的范圍，在“事件視界”之外的光線會被彎曲，但是有幾率逃出黑洞引力的“魔爪”，讓我們得以看見黑洞。 3、活躍度更低，此黑洞大概1000年才能吞噬一倍太陽質(zhì)量的物質(zhì)，開疆?dāng)U土的效率僅是M87星系黑洞的百分之一。這就導(dǎo)致它的吸積盤光芒較弱，很難被望遠鏡捕獲。 靠近黑洞的物質(zhì)落入其中之時，會形成像排水孔周圍一樣的漩渦，稱為吸積盤。在這個過程中，氣體因引力勢能得到釋放被加熱到幾百萬度，發(fā)出強烈的光。 4、周圍環(huán)境的干擾更多，主要是此黑洞所在的銀河系中心區(qū)域，星光繚繞，塵埃密布，會遮擋射電望遠鏡的觀測視線。 由此可見，這張照片的來之不易。 但這只是天文學(xué)家們未來研究中的一小步，EHT還將拍攝氣體繞轉(zhuǎn)黑洞的動態(tài)過程，嘗試對愛因斯坦廣義相對論進行驗證、探索黑洞周圍的物質(zhì)吸積和噴流的形成及傳播等等。 最后，需要提到的是，來自上海天文臺、華科大、上交大、中科大以及南京大學(xué)的我國17名科學(xué)家作為EHT的一員，也參與了這張照片的拍攝，負(fù)責(zé)了理論分析等方面的工作。
△ 圖源極目新聞參考鏈接： — 完 — |
|
|
