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首张黑洞照片证实爱因斯坦猜想,顺利成像不是研究终点

2019-04-11 14:16 北京晚报 TF010

2019年4月10日,人类终于看见黑洞真容!

资料图  新华社(事件视界望远镜项目组 供图)

这张在全球多地同步公布的“大片”,因为图像模糊,被网友们调侃为“甜甜圈”“蜂窝煤”等。不过,可别小看了这张照片,它的出现,终于证实了黑洞的存在,也使得爱因斯坦的百年猜想得到检验!这模糊的图像也来之不易,它经历了十多年准备,最终由四大洲八个观测点组成了一个如同地球直径大小的虚拟望远镜,在两年观测并处理数据后,才让人类得以看到黑洞。

爱因斯坦又对了

两百多年前,就有科研人员设想宇宙中存在一种质量巨大、引力强到连光也无法逃脱的天体。爱因斯坦在一百多年前提出的广义相对论,可用于计算出这种天体的若干性质。但黑洞作为一个科学术语,直到20世纪60年代才由美国天体物理学家约翰·惠勒提出。

黑洞引发人们无限遐想,但没有人知道它的真正模样。正因为这个,第一张黑洞照片才备受期待,被誉为“非凡的科研成果”,是天文学上的“重要里程碑”,“具有历史性意义”。

给黑洞拍照的“事件视界望远镜”项目科学委员会主席、荷兰奈梅亨大学教授海诺·法尔克表示,黑洞涉及人类对宇宙的根本了解,“我们的宇宙中有两大理论,爱因斯坦的相对论描述了宏观,量子力学描述了微观,但是在黑洞的边缘,相对论与量子力学无法协调,在那里可能会发现新的东西。”

“观测结果与理论预言非常一致,这证实在黑洞这样的极端条件下,广义相对论仍然成立。”中国科学院上海天文台台长沈志强说,先辈科学家为我们这个世界搭建的理论模型,再次经受住考验。

上海天文台研究员路如森难掩兴奋:“黑洞的暗影区域和光环,相当于打开一扇窗,未来可以更好地重构黑洞‘吞噬’的物理过程,深入了解这个过程中发生的奇异事件。”

百年后发布的黑洞照片,又一次支持了广义相对论。不由让人想起被多次重复的那句话:爱因斯坦又对了。

相当于从漠河看南沙的一张报纸

由于光线无法逃出黑洞,科研人员要拍的实际上是黑洞产生的“阴影”以及周围的吸积盘等,从而描绘出黑洞的轮廓。此次拍照的一个目标是代号为M87的超巨椭圆星系中心黑洞,它的质量是太阳的65亿倍,但离我们实在太远,达到5500万光年。

给黑洞拍照的难点,在参与此次大科学计划的专家眼中,可以用三个字来形容:“小”“暗”“扰”——细节太小,信号太暗,干扰太多。

有一项技术堪称关键,即“甚长基线干涉测量”(VLBI)技术。“甚长基线干涉测量”是一种射电天文学测量方法,它允许用多个射电望远镜同时观测一个天体,从而模拟一个大小相当于望远镜间最大间隔距离的巨型望远镜。在中国嫦娥一号探月任务中,研究人员在世界上首次将“甚长基线干涉测量”技术应用于探月工程的实时测轨工作中。

为了拍摄黑洞,科学家使用“甚长基线干涉测量”技术模拟出“口径像地球一样大的望远镜”,这就是“事件视界望远镜”,它集合了分布在全球各地的多个射电望远镜。从智利阿塔卡马沙漠到南极冰原,从西班牙的高山到夏威夷的海岛,8个射电望远镜通过“甚长基线干涉测量技术”联合起来,成功拍到人类历史上第一张黑洞照片。

要顺利拍照,不仅要“看”得远,还要选对频道。“对黑洞成像而言,最佳的波段进行观测至关重要,这个波段就在1毫米附近,成像的分辨率相当于能在黑龙江漠河阅读南沙群岛上的一张报纸。”路如森说。专家解释,这一波段的黑洞电磁波辐射最明亮,而背景“噪音”的干扰又最小。正是给黑洞拍照的这一特殊要求,让包括“中国天眼”在内的一些大型望远镜“束手旁观”。

观测数据每秒达到32GB

拍照难,洗照也不易。望远镜记录下的海量数据,需要进行复杂的后期处理和分析,才能获取最终的黑洞图像。

以2017年4月的观测为例,每个台站的数据率达到惊人的32GB/秒,8个台站在5天观测期间共记录约3500TB的数据。专家表示,如果是像看电影一样不间断地看,这些数据至少需要500多年才能看完。

中国成为重要参与者

此次合作会集了全球超过200名研究人员共同努力。在“事件视界望远镜”项目中,我国科学家全程参与了给黑洞拍照这项国际合作,在早期推动这一项国际合作、望远镜观测时间申请、夏威夷望远镜观测运行、后期数据处理和理论分析等方面均作出了贡献。中国科学院天文大科学研究中心(国家天文台、紫金山天文台和上海天文台)参与了位于美国夏威夷的东亚JCMT望远镜对黑洞的观测,多名中国学者是此次黑洞照片相关论文的作者。

不过,中国天文学界清醒地认识到目前的“参与者”角色。中国科学院国家天文台副台长薛随建指出,这次“算是重在参与”,但为在相关科研领域“机制性参与国际合作组织、逐渐发挥越来越重要的作用,做出了良好的示范”。

法尔克说,今后要拍摄更好的黑洞照片,就需要比地球还大的望远镜,这就需要走向太空,“中国在射电干涉测量技术和太空探索方面的能力正快速增长,我期待未来中国能成为这个领域的重要一员”。

 

黑洞照片极简观看指南

黑洞照片不是终点

黑洞的顺利成像不是终点。

主持欧洲地区发布会的德国马克斯·普朗克射电天文研究所所长安东·岑苏斯强调,未来还将增加望远镜的数量,甚至对新的黑洞进行观测,继续验证广义相对论的有关预测,借此了解星系的形成和演进,为人类揭开更多奥秘。据新华社

 

 

来源:北京晚报

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