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人类首张黑洞照片揭开神秘面纱 浙江也有人在研究
2019-04-11 09:58 来源:浙江在线

浙江在线杭州4月10日讯(浙江在线记者 曾杨希)作为宇宙中最神秘的天体之一,黑洞一直激发着人类的想象力。真实的黑洞是什么样子?今天,我们得到了答案。

一个橙色的环,南北并不对称,10日21时,由多国科研人员合作的“事件视界望远镜”(EHT)项目在上海等六地召开全球新闻发布会,公布了人类有史以来获得的第一张黑洞照片。

这张照片,直接证明了黑洞的真实存在,验证了爱因斯坦相对论的正确,也对现有的黑洞理论进行了验证。同时,通过黑洞照片,人类得以遥望宇宙的壮观现象,甚至有望回答宇宙生命的起源问题。

黑洞首照是怎么拍到的?黑洞到底是什么?人类如何观测黑洞?对此,记者采访了星系形成与演化领域专家、浙江大学物理学系助理研究员肖婷。

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观测特征 图截自直播

一个橙色环

黑洞原来长这样

一个中心为黑色的橙色环,震撼、特别、美丽……今晚,人类首张获得的黑洞照片揭开帷幕。它的背后,凝聚了全球30多个研究所里200多位科学家的心血。

2017年的4月5日到14日间,来自全球30多个研究所的科学家们开展了一项雄心勃勃的庞大观测计划:利用分布于全球不同地区的8个射电望远镜阵列,组成一台超大的“虚拟射电望远镜”—— “事件视界望远镜”,其有效口径尺寸相当于地球直径大小,帮助人类观测收集到两个超级黑洞的信息。

此次观测的两个黑洞,一个是位于银河系中心的“人马座A*”,另一个,也就是今天的“主角”,位于代号为M87的超巨椭圆星系中心?!霸谀壳叭死喾⑾值暮诙粗?,它们与地球距离较近,最利于观测?!毙ゆ盟?。

但要观测它们,其实并不容易?!叭寺碜鵄*” 距离地球2.5万光年,按科学家们的说法,给它拍照大体相当于“站在地球上给月球表面的一个葡萄柚拍照”。M87距与地球的距离则更远。

而“事件视界望远镜”属于射电望远镜阵列,具有非常高的分辨能力,利用定向天线和高灵敏度的微波接收装置,接收天体发出的无线电波,从而得以观测目标??蒲Ъ颐抢盟袒亓肆礁龊诙吹暮A渴?,汇集到数据中心进行分析。

经过两年的数据处理,今天,人类获得的第一张黑洞照片揭开神秘面纱。

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电影《星际穿越》中的黑洞图图据中科院官微 

认识黑洞

一切物质皆不可逃脱

世人对黑洞的认识是,它如“牢笼”,一旦掉入,便逃不出来,同时,它贪得无厌,永不停息地吞噬着周围的一切……

实际上,人类对黑洞的认识历史并不算漫长。100多年前,爱因斯坦的广义相对论就预言了宇宙中存在一种极端致密天体:黑洞。

在更早的1783年,英国地理学家约翰·米歇尔(John Michell)已意识到,宇宙中有类似天体的存在,可以达到滴“光”不漏。1968年,“黑洞”(black hole)一词由美国天体物理学家约翰·惠勒提出。

后来,科学家们探索发现,黑洞的周围有一堵无形的墙,把它叫做“事件视界”,它是黑洞的边界,也是“事件视界望远镜”名字的来源?!笆录咏纭蹦?,黑洞的引力足够强大,任何东西一旦进入都会一去不复返、不可逃脱,连光也不例外。

关于黑洞是如何形成的,科学家们认为,黑洞有不同质量,目前可以确定的是,具有恒星级质量的黑洞是大质量恒星(当恒星质量大于8倍太阳质量时,可称为大质量恒星。)衰老坍缩后的宿命,“约10倍及以上太阳质量的恒星衰老后,可能会坍缩演化形成恒星级质量的黑洞?!毙ゆ盟?。

在浩瀚宇宙中,人类认识“黑洞”不过短短百年,如今,已经获得“黑洞”真容的首张照片,实在可歌可叹。

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黑洞的吸积盘和喷流 图据中科院官微

探测黑洞

更清晰的容颜或指日可待

既然光都逃不出来,人类是如何得知黑洞的存在?

黑洞自身不发光,难以直接探测。人类科学家便“曲线救国”,采用一些间接方式来探测黑洞,比如观察恒星的运动。

肖婷说,理论上,每个星系中心都有一个超大质量黑洞,黑洞对周围的恒星运动会产生影响?!氨热缫酉?,通过监测银河系中心附近恒星的运动轨?;岱⑾?,当恒星靠近银河系中心时,会发生明显的偏转,偏转的数据与黑洞存在的理论符合,揭示了黑洞的存在?!?/p>

如今,根据理论推算,银河系中应该存在着上千万个恒星量级的黑洞,可到目前为止,人类只确认了20多个。

此外,对处于活跃阶段的黑洞而言,还可观察黑洞周围的吸积盘和喷流。

活跃的恒星量级(从3个太阳质量到100个太阳质量大小)黑洞会将周围恒星的气体撕扯到自己身边,产生一个旋转的气体盘,即吸积盘。当吸积气体过多时,一部分气体在掉入黑洞之前,在磁场的作用下,会被沿转动方向抛射出去,形成喷流。吸积盘和喷流都因气体摩擦而产生明亮的光与大量辐射,所以可以被科学家探测到。

探测黑洞的方式如此曲折,不过,随着首张黑洞照片揭开神秘面纱,人类直接观测到更清晰、更准确的黑洞容颜或许指日可待。

浙江的“黑洞”研究力量

黑洞,其实离我们不远。

在浙江本土,也有一批科专家学者致力于黑洞研究。

近几年,浙江工业大学天体物理研究所教授朱涛所在的研究团队正是在广义相对论、黑洞物理和宇宙学方面做探索。对于今晚的黑洞照片,朱涛也十分关注。他表示,团队希望利用这次相关的资料和数据,来检验正在开展的黑洞阴影形状研究。

据记者了解,浙江工业大学理学院理论物理与宇宙学研究所还是金砖五国引力学会的倡议者和创始者,所内10位科学家研究方向涵盖理论物理众多领域,包括修正引力理论、圈量子宇宙学、引力波天文学、黑洞物理学等。

原标题:人类首张黑洞照片揭开神秘面纱 浙江也有人在研究

责任编辑: 徐巍

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