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“像给一只正追逐自己尾巴的小狗拍张清晰照片”,银河系中心黑洞首张照片发布
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来源:上观新闻 作者:黄海华 2022-05-13 06:31
摘要:又一重大突破

北京时间2022年5月12日晚上,银河系中心超大质量黑洞的首张照片发布(见题图)。

照片上显现出的(射电)光是由该黑洞的强大引力弯曲所致,这个黑洞的质量超过了太阳质量的四百万倍。因为该黑洞距离地球约有二万七千光年之遥,所以它看上去与从地球上看38万千米远的月亮上的甜甜圈差不多。

该照片由事件视界望远镜(事件视界,是区分黑洞内部和外部的边界面)国际合作组织(简称EHT),通过分布在全球的八个射电望远镜组网“拍摄”而成。这是EHT合作组织继2019年发布人类第一张黑洞照片,捕获了位于更遥远星系M87中心黑洞之后的又一重大突破。

【提供了首个直接的视觉证据】

此前科学家已观测到众多恒星围绕着银河系中心这一不可见、又质量极大的天体运动。这已强烈暗示这一被称作人马座A*的天体是一个黑洞,而这张照片提供了首个直接的视觉证据。

尽管银河系中心的黑洞比M87中心黑洞直径小了1500多倍,也轻了1500多倍,但两个黑洞看起来格外相似。来自阿姆斯特丹大学的理论天体物理学家、EHT科学委员会联合主席斯拉·马科夫教授说:“这告诉我们,靠近黑洞的物体完全受爱因斯坦广义相对论支配,我们在远处所看到的不同表象是由黑洞周围物质的差异造成的。”


人类拍摄的首张黑洞照片(M87中心黑洞)

“我们惊叹于环的大小与广义相对论预测结果出奇一致。”EHT项目科学家杰弗瑞·鲍尔说,这些前所未有的观测极大地提升了我们对银河系中心所发生一切的认识,并为了解超大质量黑洞如何与周围环境相互作用提供了全新视角。

【为银河系中心黑洞“拍照”艰难得多】

相比M87中心黑洞,尽管银河系中心黑洞离我们更近,为其“拍照”却艰难得多。来自斯图尔德天文台的EHT科学家陈志均解释道:“黑洞周围的气体以接近光速绕着黑洞高速旋转,气体绕转M87中心黑洞一圈需要几天到数周时间,但对于相对小很多的银河系中心黑洞来说,几分钟内气体即可绕转一周。这意味着在观测之时,该黑洞周围绕转气体的亮度和图案也在时刻快速变化着。有点像给一只正在追逐自己尾巴的小狗拍张清晰照片。”

EHT对其开展了多个晚上的观测,每次连续采集几个小时的数据,就如同相机的长时间曝光。

黑洞不发光,所以我们看不见黑洞自身,但绕转的发光气体给出了其存在的信号。研究人员不得不开发新的工具来考虑围绕银河系中心黑洞的气体运动。这集结了全球80个研究机构共300多名研究人员的奇思妙想才得以实现。研究团队花了五年时间,用超级计算机合成和分析数据,编纂了前所未有的黑洞模拟数据库与观测结果进行严格比对。


银河系中心黑洞的首张照片是这样做成的

“我们现在看到的这张照片,是通过将数千张使用不同计算方法得到的图像平均起来生成的。”来自中国科学院上海天文台的EHT合作成员路如森说。

另一位来自上海天文台的EHT合作成员江悟补充道:“最终的照片保留了在所有不同图像中更常见的特征,并抑制了不常见的特征,才得以确定这张黑洞照片。”

【什么时候会有黑洞的“电影”】

有了更多的黑洞“照片”,什么时候会有黑洞的“电影”呢?

“拍摄一部银河系中心黑洞的‘电影’,是下一代EHT的追求。”来自上海天文台的EHT合作国内协调人沈志强介绍,EHT并未停止观测研究的脚步,就在今年3月完成了有更多望远镜参与的联合观测。EHT的技术革新将使科学家未来可以分享更引人注目的照片,包括在不久的将来为黑洞拍摄“电影”。

“当然,这不同于我们平常在电影院看到的电影。”沈志强说,这就好比原来看到的是一帧帧的静止画面,未来希望每一帧画面之间有变化,这样就能得到一个完整的清晰的物理图像。这就需要进一步提高观测灵敏度,进行连续的拍摄,并在短时间内获得可靠的图像。

沈志强介绍,为了参与到对银河系中心黑洞24小时不间断的接力观测中,正在规划建设中国的亚毫米波VLBI望远镜。

题图来源:银河系中心黑洞首张照片。文中图片由EHT合作组织提供
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