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人类首张黑洞照片面世!再次证明爱因斯坦是正确的

2019-04-10
来源:香港商報网综合

(科技)(2)人类首次“看见”黑洞

  4月10日,中国科学院上海天文台举行新闻发布会,发布人类史上首张黑洞照片。 新华社

  【香港商报网讯】4月10日晚间消息,北京时间4月10日21点整,天文学家召开全球新闻发布会,宣布首次直接拍摄到黑洞的照片。这张照片来之不易,为了得到这张照片,天文学家动用了遍布全球的8个毫米/亚毫米波射电望远镜,组成了一个所谓的“事件视界望远镜”。

  黑洞是什么?

  自上世纪中期开始,人们对黑洞的探秘就从未停止过。

  200多年前,英国的米歇尔和法国的拉普拉斯就曾提出: 一个质量足够大但体积足够小的恒星会产生强大的引力,以致连光线都不能从其表面逃走,因此这颗星是完全“黑”的,但这一推论随后被人遗忘。

  1915年爱因斯坦发表广义相对论不久,德国数学家史瓦西得到了静态球对称情况下爱因斯坦场方程的一个解,解在一个特殊半径(后称史瓦西半径)处存在奇异性。

  1939年美国物理学家奥本海默等也证明确实存在一个时间-空间区域,光也不可能从该区域逃逸而到达远处的观察者。这一区域的边界称为视界,在静态球对称情况下,视界半径就是史瓦西半径。如果某天体的半径小于史瓦西半径,那么该天体就应该是“黑”的,无法被我们看到。

  科学家们把这些引力极强而又“看不到”的特殊天体称为“黑洞”。因此,黑洞也是爱因斯坦广义相对论预言的一种产物。

  人类首张黑洞照片的三大看点

  人类获得的首张黑洞照片10日面世。这一重大科学成果由全球多国科研人员历经数年合作完成。那么,这张照片在科学上有多重要?拍到黑洞照片有多难?中国又发挥了什么作用?

  “具有历史性意义”

  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。

  几十年来,黑洞引发人们无数遐想,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·法尔克告诉新华社记者,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”。

  美国亚利桑那大学天文学副教授丹尼尔·马罗内认为,黑洞之所以重要,是因为它在长时间尺度上会影响宇宙演化。但人们并没有完全了解黑洞如何吞噬物质,然后又将其中一部分以接近光速向外喷射,影响其所在星系。黑洞照片不仅将为广义相对论提供新信息,也有助于了解黑洞喷流的形成过程。

  1919年,人们在非洲和南美出现日食时观测到光线的弯曲,从而验证了广义相对论相关预言的正确性。百年后发布的黑洞照片,又一次支持广义相对论。不由让人想起被多次重复的那句话:爱因斯坦又对了。

  “上一代人不可能做到的事”

  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。

  要拍摄这么远的对象,科学家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。

  谈及给黑洞拍照的难度,项目协作委员会主席、德国马克斯·普朗克射电天文研究所所长安东·岑苏斯打比方说:“如果地球是平的,那使用这一技术可以从波恩看清纽约街头报纸上的字。”

  经大约两年的数据处理及理论分析,照片才成功“冲洗”出来。照片展示了一个中心黑色的明亮环状结构,有点像甜甜圈,也与此前科幻电影《星际穿越》科学顾问根据相对论等模拟的黑洞图片相似。“事件视界望远镜”项目专家认为,与理论预测一致,这也证明拍到的就是黑洞。

  “我们已经完成了上一代人认为不可能做到的事情,”项目主任、美国哈佛-史密森天体物理学中心的谢泼德·杜勒曼总结说,“技术的突破、世界上最好的射电望远镜之间的合作、创新的算法都汇聚到一起,打开了一个了解黑洞的全新窗口。”

  此外,此次合作汇集了全球超过200名研究人员的共同努力,项目协调并非易事。项目科学委员会主席法尔克说:“不同文化、不同机构、不同国家和大洲(的科研人员)走到一起合作并不容易,但如果有共同愿景的驱动,有首次看到黑洞的共同梦想,合作就变得可能。”

  “期待中国成为重要一员”

  在“事件视界望远镜”项目中,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”。

  毫无疑问,“在中国科学界参与的三十米望远镜(TMT)等其他重大国际项目中,那些可预期和不可预期的重大发现将更加激动人心,”薛随建在接受新华社记者采访时说。

  太空可能是中国未来能发挥更多作用的地方。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”。

  回顾与国际同行共同拍出人类首张黑洞照片的经历,中国科学院上海天文台研究员路如森说:“作为长期深度参与‘事件视界望远镜’国际合作的中国研究人员,我觉得这张黑洞照片是科学共同体的努力结果。科学对人类发展至关重要,人类的科学共同体也是人类命运共同体的重要组成部分。”

        啥是黑洞?给黑洞拍照难在哪?这张图全说清楚了

  北京时间4月10日21时,全球六地(比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海和台北、日本东京和美国华盛顿)将召开新闻发布会,发布首张黑洞照片。根据资料显示,黑洞照片的“冲洗”用了约两年时间。

  此前,对于黑洞长什么样,人们总是有着这样那样的幻想↓↓↓

△艺术家描绘黑洞图片

△伴有吸积盘的黑洞模拟图

  但是,黑洞的形态是否接近人们的幻想,还需等待照片的公布。

  在第一张黑洞照片即将面世之际,你或许会对这些问题感兴趣:黑洞是怎么形成的?科学家是如何拍到黑洞的?跟着今天的一图解读,了解一下吧。

        为揭开黑洞神秘面纱 中国科学家做了这些贡献

  北京时间今晚21时,一场全球新闻发布会将在中国上海和台北、美国华盛顿、日本东京、比利时布鲁塞尔和智利圣地亚哥同时召开。发布会上,有一张全球200多位科学家们用八个望远镜(阵)合力拍摄、并“冲洗”了两年的神秘照片将与公众见面。

  这张照片将是人类有史以来获得的第一张黑洞照片。

  全球许多媒体都将于今晚直播首张黑洞照片发布过程。图片来源:美国Space.com网站报道截图

  科学家要如何“抓拍”到黑洞?

  黑洞是一种体积极小、质量极大的天体,具有非常强的引力,在它周围的一定区域内,连光也无法逃逸出去,这个边界称为“事件视界”。那么,科学家们要如何拍到连光都会吞噬掉的“黑洞”呢?

  香港大学太空研究实验室执行主任、曾获得过高能天体物理学最高奖之一“布鲁诺·罗西奖”(Bruno Rossi Prize)的苏萌教授在接受本网专访时是这样解读黑洞的“黑”的。

香港大学太空研究实验室执行主任苏萌教授

  他说,一方面,你可以说黑洞本身是很黑的,完全看不见,但是周围的物质在进入黑洞里面的一瞬间是非常亮的,也就是变成黑洞的那一瞬间其实是最亮的,所以我们现在要拍的是周围物质掉进去那一瞬间的照片。我们现在估计银河系里面有几亿个、几十亿个甚至更多的黑洞,但是真正被观测看到的,大概也就几十个。

  新华社报道称,全球科学家们实际上尝试观测的就是黑洞的“事件视界”。 2017年的4月5日到14日之间,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八个射电望远镜阵列组成一个虚拟望远镜网络,让人类第一次看到黑洞的视界面。这个虚拟的望远镜网络被称为“事件视界望远镜”(Event Horizon Telescope, EHT),其有效口径尺寸将达到地球直径大小。

  照片为什么“冲洗”了两年

  自2017年4月EHT启动拍照,至今已经约有两年的时间了。为什么“黑洞”这张照片用了这么久才“冲洗”出来?

  苏萌教授称,给“黑洞”拍照不像是手机拍照那样,立刻就能呈现出来,它是大量的海量数据,还有很多个步骤。然后一步一步地把这个数据从巨大的一个体量最后变成了照片,让有用的信息一直保持下去,而把没有用的信息剔除掉。还要把大家做的信息统筹起来,所以是这样一个过程,其实两年时间并不算长。

  这张神秘照片的意义何在?

美国ABC网站报道截图

  黑洞是爱因斯坦广义相对论预言存在的一种天体。100年来,黑洞理论的研究一直是理论物理中的前沿课题。

  苏萌教授指出,对于黑洞,科学家们一直没能在天体物理真实世界里给出一个确切的观测。人们只能说看到这样或那样的信号,如果这些信号不是黑洞的话很难(用其他理论)去解释;但这毕竟还是一个间接的概念。看到直接证据才算看到了黑洞。此次发布的这项成果,应该就是对物质掉进黑洞的那个阶段的观测。就是完成了一个成像的过程,我认为可以把这个称为直接的观测,所以它对以后对黑洞本身的研究、对黑洞天体物理学的发展,以及对世界和宇宙的观测都具有更深刻的价值。

  中国科学家做出了重要贡献

《南华早报》网站报道截图

  香港《南华早报》报道称,目前尚不清楚参与此次EHT项目的200多名研究人员中有多少来自中国,但中国的天文学家为EHT项目做出了重要贡献是不争事实。北京大学物理学院天文系主任吴学兵教授说,他所在的天文系就参与了此次项目。

  报道进一步指出,中国科学家在资金支持,计算机建模和数据分析方面都做出了贡献。 EHT阵列的观测只持续了几个小时,但研究人员花了将近一年的时间才将碎片图像合并成一张完整可信的图片。

  “处理的数据量非常大。对于任何一个国家来说,这都是一项不可能单独完成的任务,需要全球合作才能完成。“吴教授说。

  苏萌教授称,天文学本身就是一个特别重视国际合作的学科,它的许多成果都是不同文化背景下的众多国家、团队、高校为了一个科学目标而一起长时间努力而获得的。比如,一些天文学的项目,往往几百人是一个很正常的规模。所以在EHT这个项目里面,也是很多国家高校的研究机构团队参与进去,包括中国的科研机构和科学家,比如中国科学院上海天文台便参与了此次国际合作。

  苏萌教授进一步指出,现在,在全球重大的天文学发现中,已经有越来越多中国团队的身影,中国科学家参与到大型的国际合作中,并做出了相应的贡献。例如,中国在射电干涉方向已经积累了相当多的人才。尤其是在正在推进的国际大科学工程——平方公里阵列射电望远镜(Square Kilometre Array, SKA)计划中,中国的贡献率大幅提升。在很多方面中国技术起了核心的作用。SKA是当前国际射电天文界的最重要的大型望远镜项目,是人类有史以来建造的最庞大的天文设备,将开辟人类认识宇宙的又一新纪元。

  这些年,中国科学家还为“揭黑”做了这些事儿

《自然-天文学》杂志网站报道截图

  2019年1月,中国科学技术大学天文学系教授王挺贵和刘桂琳课题组在国际顶级科学期刊《自然》子期刊《自然-天文学》发表研究成果,他们利用光谱吸收线光变,首次得到了超大质量黑洞所驱动高速气体的物理性质分布,证明高速外流气体有足够的能量影响星系演化。

  超大质量黑洞产生的强大辐射可以将其周围气体电离,并吹向星际空间形成高速外流,对其所在星系造成影响。但受目前观测能力限制,人们对外流高速气体的物理性质及其对星系演化的具体影响了解甚少。

phys.org 网站报道截图

  中国科学技术大学天文学系教授王挺贵小组与中国极地研究中心、安徽师范大学的学者合作,在距离地球几千万光年外的NGC 3319星系中心发现了疑似“中等大小”的黑洞。2018年12月,国际天体物理领域权威学术杂志《天体物理期刊》刊登了该发现。

  目前人类已知的黑洞可分为两大类,一类质量在几倍到几十倍太阳质量之间,另一类质量在几百万到几十亿倍太阳质量之间。两类黑洞的质量大小极为悬殊,但科学界一直没找到质量介于其间的“中等大小”黑洞,这也是天体物理研究中的一个谜团。

  “中等大小”黑洞被认为可能是超大质量黑洞的“种子”,学者们的这次研究与发现,对于理解超大质量黑洞的形成与增长之谜有重要启示。

  2015年1月,英国《自然》杂志公布一项研究成果称,以中国天文学家为主的科研团队发现了一颗中心黑洞质量约为120亿个太阳质量的超亮类星体。图片来源:《自然》网站报道截图

  2015年1月,英国《自然》杂志公布一项最新研究成果,以中国天文学家为主的科研团队发现了一颗430万亿倍太阳光度、中心黑洞质量约为120亿个太阳质量的超亮类星体。据悉,这是人类目前已观测到的遥远宇宙中发光最亮、中心黑洞质量最大的类星体。

  科研团队负责人、北京大学物理学院天文学系教授吴学兵介绍,根据已观测到的光谱数据,这颗新发现的类星体,光度是太阳光度的430万亿倍,距离地球128亿光年,比目前已知距离地球最远130亿光年的类星体还亮7倍,其中心黑洞质量约为120亿个太阳质量,是目前已知的遥远宇宙中星体中光度最高、黑洞质量最大的类星体。

  这颗超亮类星体是中国天文学家于2013年底利用云南丽江2.4米口径的望远镜首先发现,随后又联合国外天文学家,利用美国、智利的多台大口径望远镜进行后续观测并最终得到确认的。

  第一张黑洞照片正式公布!再次证明爱因斯坦是正确的

  今天注定是天文学和物理学界的一个重要日子。有6 场国际新闻发布会安排在了这一天,在这些发布会上,我们见证了人类有史以来所拍得的第一张黑洞照片的公布。

  美国东部时间4 月10 日上午9 时(北京时间10 日21 时),事件视界望远镜组织(Event Horizon Telescope Collaboration, 以下简称EHT)在美国华盛顿,比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海和台北、日本东京等世界六地同步发布这张人类期待已久的照片。

  发布的图片显示了黑洞转动产生的多普勒效应。

  该黑洞图像揭示了室女座星系团中超大质量星系Messier 87中心的黑洞。该黑洞距离地球5500万光年,质量为太阳的65亿倍。图中心的暗弱区域即为“黑洞阴影”,这个阴影告诉我们:爱因斯坦是正确的!

  该图像的许多特征与爱因斯坦广义相对论的预言完全相一致,在强引力极端环境下进一步验证了广义相对论。中国科学院上海天文台研究员袁峰在现场表示,现在看到的照片大体来说有两个部分,一部分是中心区域不太发光的阴影,另一部分是围绕这个阴影的发亮的圆环。圆环发的光就是从吸积盘上发出的,而黑色的阴影要比黑洞本身要大几倍,这证实了爱因斯坦广义相对论的预言。

  第一次真正地凝视深渊

  “黑洞是广义相对论预言了很多年的存在。目前,我们在理论上一直猜想黑洞是实际存在的,而且也在观测中取得了一些进展。但现在我们能够真正看到它的存在,这件事情非常值得期待的”。在发布会召开之前,DeepTech 联系了中国科学院国家天文台研究员陈学雷,他在解读此次发布会意义时如此说道。

  1915 年,广义相对论作为爱因斯坦提出的革命性理论之一问世。在这个理论中,爱因斯坦提出,物质会扭曲或弯曲时空的几何结构,人类以重力的形式感受到这种时空扭曲,而黑洞正是爱因斯坦理论的首批预测之一。

  之后的百余年来,无数的影视作品、科幻小说将黑洞作为宇宙神秘、迷人、凶险的重要意象之一,把它带到普通大众的认识中,包括诺奖得主基普·索恩和已故物理学家霍金在内,他们都曾专门著书阐述黑洞的奇幻场景。

图丨一部法国电视纪录片视频中的黑洞影像,包括了多普勒失真和不对称效果(来源:JA MARCK / J。-P。LUMINET)

  图丨一部法国电视纪录片视频中的黑洞影像,包括了多普勒失真和不对称效果(来源:JA MARCK / J。-P。LUMINET)

  但它始终都像是一个遥远外太空的“都市传说”,人类迎来了一批又一批黑洞存在的间接证据:附近恒星轨道的引力摆动、星际气体云的变化、气态射流喷出等等。一些超大质量黑洞隐藏在宇宙中各大星系的核心区域,但即使是爱因斯坦本人也不确定它们是否真的存在。

  荷兰拉德堡德大学的射电天文学家Heino Falcke 曾如此评价黑洞:“它们是空间和时间的终点,可能也代表着人类知识的最终极限。”

  而第一幅真正的黑洞影像,将掀开笼罩黑洞的第一层“面纱”,使其从原本神秘的东西转变成人类可以学习的实体,其中最值得期待的部分可能是这张图片对于广义相对论的验证。发布会之前,人们就期待这张事件视界的图片能够用以检验黑洞物理学的基础理论,比如测量事件视界的形状和大小,能帮助验证很多天文和物理上与黑洞有关的理论。此外,天体物理学家还希望EHT 的数据能够帮助他们解释黑洞两边以接近光的速度喷出巨大的物质流(喷流)。

图丨电影《星际穿越》的黑洞Gargantua,由伦敦的视觉特效公司Double Negative 制作(来源:London。 AF ARCHIVE/ALAMY STOCK PHOTO)

  图丨电影《星际穿越》的黑洞Gargantua,由伦敦的视觉特效公司Double Negative 制作(来源:London。 AF ARCHIVE/ALAMY STOCK PHOTO)

  我们都知道,黑洞是宇宙中一种质量异常大的特殊天体,质量可达太阳的几百亿倍。它是由质量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽后,发生引力坍缩而形成。它巨大的质量,产生了巨大的引力,以至于任何接近黑洞的物体都无法逃脱它的引力。就连传播速度最快的光也无法逃逸出来。

  黑洞会吸收所有的电磁辐射,这意味着无论是我们用来接收来自天体的无线电波的射电望远镜,还是探测地球大气层以外的源所发射的X 射线、并将其分辨为一个图像的X 射线望远镜,用于收集可见光的,便于目视观测、拍摄的光学望远镜,甚至用运行于地球低轨道的、进行大面积巡天以研究天文物理或宇宙论现象的费米伽玛射线太空望远镜,都无法真正探究黑洞的模样。

图丨Nature 此前发布的预计第一张黑洞图片(来源:Nature)

  图丨Nature 此前发布的预计第一张黑洞图片(来源:Nature)

  在黑洞的周围,是一个无法侦测的事件视界(event horizon)。它是光得以逃离黑洞的最近距离,所以事件视界之内是无法被侦测到的,有如漆黑一片,故名黑洞。事件视界的存在,使黑洞无法被直接观测。不过,黑洞周围却有着一圈可被观测的物质。这些物质围绕黑洞高速旋转,形成了一个圆盘,天文学家称它为吸积盘(accretion disk)。

(来源:Sunshine Lighthouse)

(来源:Sunshine Lighthouse)

  吸积盘是黑洞的光环,这个明亮的环中间漆黑一片,听起来并不像土星光环那样和谐美丽。而且如果我们去观察吸积盘,会发现它被扭曲了。这是因为黑洞对光线有很强的弯折能力,位于黑洞背面的吸积盘发出的光,也会绕到前面来被我们看到。

  虽然我们无法看到黑洞内部,但如果黑洞的后面有明亮的背景,我们却可以看到黑洞吸收形成的影子,看上去正是“黑洞洞”的。黑洞附近超高温气体可以发出波长约为毫米级的无线电波,可以穿透星系中的气体并抵达地球。

  陈学雷则对DeepTech 表示,这张图片可以帮助了解黑洞周围以及黑洞本身的信息,比如它的质量、自旋和它对周围的影响等。而在验证广义相对论上,“如果预测不完全一致的话,我们可以期待是不是有更深层的理论能够解释其中一些不一致的现象。在广义相对论提出之后,科学家们也产生了很多修改的理论,和此前的一些理论相比更复杂一些,通过这次观测,我们可以观察实际的情况会不会有所不同”。另外,他还提到,除了验证广义相对论以外,其他的物理理论,如经典相对论,也可以得到检验。如果再考虑到量子力学,我们还需要用原子级别的照片去检验模型,当然,这就需要非常高精度的照片才能实现。

图丨根据广义相对论,太阳会弯曲时空使行星绕着它运行,中子星会使时空弯曲更厉害,而一个黑洞则会在时空中制造一个深坑,即使是光都无法逃脱(来源:JAMES PROVOST)

  图丨根据广义相对论,太阳会弯曲时空使行星绕着它运行,中子星会使时空弯曲更厉害,而一个黑洞则会在时空中制造一个深坑,即使是光都无法逃脱(来源:JAMES PROVOST)

  除了照片上的信息外,团队收集到的原始数据可能还有其他的研究价值。“就像是淘金,发布的照片就像是最后从沙子里淘出来的金子。当然,这些原始数据可能还有一些其他的价值,可能后续有人能继续从中淘出新的金子来”,陈学雷说。

  简而言之,在这浩瀚的时间长河中,每一次新的宇宙发现,都让人类感受到自己的渺小。而黑洞中是绝对的死亡还是永生,在今后的漫漫长路中揭晓。随着这张照片的诞生,人类又拥有了更多的机会检验那些曾经被认为“不可检验的”的理论,继续凝视宇宙和生命的深渊。

  Mission Impossible:我们需要一个与地球等大的望远镜

  和此前LIGO 探测引力波类似,这张可能是今年最重要科学发现的照片诞生背后,也有一个庞大且出色的全球化科研团队以及强大的大科学装置,并耗费了2 年的时间才最终问世。

  2016 年,天文学家们发起了一项名为“视界望远镜(EHT, Event Horizon Telescope)”的国际观测项目。EHT 动用了位于世界各地的8 个独立射电望远镜,这些望远镜组成了前所未有的大型望远镜阵列,包括亚毫米波望远镜(SMT);IRAM 30 米望远镜;APEX 望远镜;James Clerk Maxwell 望远镜(JCMT);大毫米波望远镜(LMT);次毫米波阵列望远镜(Submillimeter Array,SMA);阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ALMA);以及南极望远镜(SPT)。

图丨事件视界望远镜是由全球八大望远镜组成(来源:APEX, IRAM, G。 Narayanan, J。 McMahon, JCMT/JAC, S。 Hostler, D。 Harvey, ESO/C。 Malin)

  图丨事件视界望远镜是由全球八大望远镜组成(来源:APEX, IRAM, G。 Narayanan, J。 McMahon, JCMT/JAC, S。 Hostler, D。 Harvey, ESO/C。 Malin)

  在VLBI 技术(甚长基线干涉测量)的帮助下,8 个望远镜模拟出了一个地球大小的巨型望远镜,达到了它的最佳分辨率:20 个微角秒,用来观测黑洞还刚刚够,但是得到的图像十分模糊。

  EHT 于2017 年4 月首次全面运行,并且在那一次的运行中就取得了全部的黑洞数据。期间,8 台射电望远镜对准了一个位于银河系中心的超大质量黑洞人马座A*(Sagittarius A*),以及一个M87 星系中心的黑洞。其中,人马座A*位于银河系的中心,质量约为太阳质量的四百万倍;另一个更大的黑洞是处女座星系的M87 黑洞(Messier 87),质量是太阳质量的70 亿倍。

  尽管它们都十分巨大,在EHT 的照片上却很小。据一位在EHT 工作的天文学家说,人马座A*黑洞的大小大约是50 个微角秒(角度单位)的宽度。一个微角秒大概是从月球上看地球上一篇文章末尾的句号的大小。

  最终,EHT 对两个黑洞总共观测了约5 个夜晚,产生了4PB 的数据(转换成MP3 格式需播放8000 年才能听完)。采集的数据量如此之大,这也是为什么时隔两年后大众才有机会一睹黑洞的全貌的原因。

  在照片问世的过程中,不同的望远镜要对各自采集的数据进行时间和相位的重新矫正,以实现多个数据的同步。这本身就是一项繁琐的工作,而数据的后期处理更加耗费精力。如此巨量的数据,网络带宽不够传输,研究人员转而将数据拷贝到硬盘上,通过快递硬盘实体来交换数据,这竟然成为了比网络传输更快的方式。

(来源:J。 A。 MARCK/J。-P。 LUMINET)

(来源:J。 A。 MARCK/J。-P。 LUMINET)

  因此,团队在过去两年里不断地分析、校准和关联数据。在巴黎天文台工作、专注于黑洞可视化研究的法国天文学家Jean-Pierre Luminet 在Science 的采访中也表示,黑洞“可视化”的难点在于要将一个本身在定义上就不可见的物体“实体化”。他在此前曾多年从事包括为影视作品用计算机模拟黑洞的专业黑洞可视化工作。

  运输不便,加上巨量的分析任务,让这个宇宙中的鬼魅时隔两年才与世人相见。

  但在研究过程中,研究团队的成员们对此充满信心。在一次TED 演讲中,EHT 研究人员、来自麻省理工学院的凯蒂·伯曼曾如此介绍她的感受——“在项目开始时我没有任何天文学背景知识,但团队通过这一独特合作所达成的成就,可让世界上第一幅黑洞照片诞生”。

图丨凯蒂·伯曼(来源:TED)

图丨凯蒂·伯曼(来源:TED)

  据她介绍,团队要观察的黑洞离地球太过遥远。“从地球上看,它非常、非常小——大概就和月球上的一个橘子一样大。这导致给它拍照变得无比艰难……我们可以轻易得出所需的望远镜的大小:就和整个地球一样大”。

  但是,建造一个地球大小的射电望远镜是不可能的。她选择相信米克·贾格尔的一句名言——“你不可能永远得到你想要的东西,不过有时候你试一下,说不定正好找到你需要的东西。”

  正如我们所见,后来,EHT 选择将遍布全世界的望远镜连接起来,团队中的计算机学家们则开发出特别的图片算法,基于望远镜提供的散乱而充满干扰的数据,生成最终的图片。

  凯蒂·伯曼认为,像EHT 这样的项目能够成功,正是不同学科的研究人员用各自的专业知识一起创造的结果。

  “我们是一个由天文学家、物理学家、数学家和工程学家构成的大熔炉。这就是我们能够很快达成一个看起来不可能达成的成就的原因……在此,我想鼓励你们所有人,走出去,推动科学的边际,尽管刚开始它可能看起来和一个黑洞一样神秘”,她说。

图丨1610 年1 月7 日,伽利略用自制的望远镜发现了围绕着木星的四颗卫星。大约400 年过去,我们观察宇宙的“眼睛”和“视野”正在走向极限。

  图丨1610 年1 月7 日,伽利略用自制的望远镜发现了围绕着木星的四颗卫星。大约400 年过去,我们观察宇宙的“眼睛”和“视野”正在走向极限。

        本文综合自新华网、央视新闻DeepTech深科技中国日报网

[责任编辑:蒋琳]
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