今晚公布的人类首张黑洞照片,对我们有哪些重要影响?

今晚公布的人类首张黑洞照片,对我们有哪些重要影响?

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、中国台北、日本东京和美国华盛顿)将联合召开新闻发布会,公布这一重大科学成果 查看全部

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历史性一刻!这就是第一张黑洞照片!今晚公布的人类首张黑洞照片,对我们有哪些重要影响?

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7n2o5ddf0c 编辑专家

关于这次的黑洞照片正式发布,需要大家首先掌握以下几个知识点。


问:什么是黑洞?


答:根据爱因斯坦引力场方程的计算,如果大量物质集中于空间一点,奇点周围会形成时空扭曲的“视界”,一旦进入这个界面,连光子也无法逃逸。


这个预测在1916年被提出来,不过,直到1967年,普林斯顿大学核物理学家约翰o惠勒才在一场讲座里首次使用了“黑洞”(black hole)这个词汇,并迅速流传开来。


问:既然看不见,怎么拍黑洞的照片?


答:虽然科学家们看不到黑洞的本体,但可以一直追溯到光子消失的“视界”,这是我们能“看到”的极限。


黑洞周围的确会存在一些发光的现象,比如黑洞在吃掉周围的恒星时,会将恒星的气体撕扯到身边,形成一个旋转的吸积盘。黑洞有时候也会“打嗝”,一部分吸积气体会沿转动方向被抛射出去,形成喷流。


吸积盘和喷流都会因气体摩擦而产生明亮的光线,以及其他频段的辐射。


问:怎么寻找黑洞?


答:科学家们可以通过黑洞对周围天体的影响来间接地感受到它的存在,尤其是它巨大的引力造成的时空扭曲,就像可以通过月亮的绕行轨道和速度来间接推测地球的质量。


其次,上文提到过吸积盘和喷流会产生发光现象,伴随其他频段的辐射。


最后,黑洞与其他天体或另一个黑洞的相互作用会产生大量引力波,也是可探测的线索。


问:有确认存在的黑洞吗?


答:有。人类探测到的第一例引力波信号,就是由双黑洞并合产生的。


人类发现的第一个强有力的黑洞候选天体是1964年发现的天鹅座X-1,距离地球约6000光年。天鹅座X-1有一个正在被它吃掉的“舞伴”,但伴星的质量却比它本身更加大,引发了广泛的争议,其身份长期悬而不决,霍金都为此打过赌(并输掉了)。科学家们后来测得天鹅座X-1的质量约为14.8个太阳,视界半径300公里,应该是一个“胃口”非常小的黑洞。


目前,科学家们更为关注的一类黑洞候选系统是软X射线瞬变源。这类系统包含一个小质量的舞伴,通常处于宁静态,但会出现间歇性的X射线爆发现象,间隔时间从数月到数十年不等。间歇性爆发的时候,就是探测黑洞的好时机。


根据理论计算,银河系中应该存在上千万个恒星量级的黑洞,现在得到确认的只有20多个。


问:这次拍到了哪个黑洞的照片?


答:两个超大质量黑洞。一个是银河系中心黑洞Sgr A*,一个位于室女座的M87星系中心。之所以选择这两个目标,而不是银河系中更近的恒星级黑洞,是因为它们的视界从地球上看足够大。


长久以来,科学家们就发现几千亿颗恒星围绕着银河系中心转动,推测出那里存在一个超大质量的天体。根据计算,Sgr A*的质量大约相当于400万个太阳,视界半径约2400万公里。听起来足够大,不过,鉴于银河系中心黑洞远在2.5万光年(约24亿亿公里)之外,实际效果相当于在地球上观察一颗放在月球上的橙子,或者在北京看清上海一颗高尔夫球上的小坑。


M87中心的超大质量黑洞则达到了66亿倍太阳质量,视界范围大约是冥王星轨道的三倍。当然,因为距离更远的缘故,M87中心黑洞在地球上看的实际效果与Sgr A*可能相差不大。


问:怎么拍出分辨率这么高的照片?


答:全球望远镜组成阵列,联合观测,形成一个有效口径等于地球直径的大望远镜。这个虚拟的大望远镜叫做“事件视界望远镜”(EHT),由8台望远镜组成。分别是:南极望远镜(South Pole Telescope);位于智利的阿塔卡马大型毫米波阵(Atacama Large Millimeter Array,ALMA);位于智利的阿塔卡马探路者实验望远镜(Atacama Pathfinder Experiment);墨西哥的大型毫米波望远镜(Large Millimeter Telescope);位于美国亚利桑那州的(Submillimeter Telescope);位于夏威夷的麦克斯韦望远镜(James Clerk Maxwell Telescope,JCMT);位于夏威夷的亚毫米波望远镜(Submillimeter Array);位于西班牙的毫米波射电天文所的30米毫米波望远镜。它们在2017年4月对两个黑洞目标进行了联合观测。


从2018年起,又有格陵兰岛望远镜、位于法国的IRAM NOEMA天文台和位于美国的基特峰国立天文台加入后续的研究和校准工作。


全球一共60多个研究机构参与了研究,其中包括中国科学院下属的上海天文台、云南天文台等机构,以及华中科技大学、南京大学、中山大学、北京大学、中国科学院大学、台湾大学等高校。这也是中国上海和台北两地联合举办新闻发布会的原因。


问:2017年拍的照片,为什么现在才公布?


答:黑洞照片“拍”起来难,“洗”出来也难。虚拟的大望远镜阵列并非直接拍出了黑洞的图像,而是给出了许多数据,必须经历复杂的计算机处理过程。其中还有些缺失或模糊的部分,需要科学家们拼图。


此外,在2017年4月的联合观测以后,研究团队还进行了一些数据收集和校准的工作。


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由全球多国科研人员合作的“事件视界望远镜”项目将发布一项“开创性成果”,舆论普遍认为这将是人类有史以来获得的第一张黑洞照片。


据“事件视界望远镜”项目官网发布的消息,美国东部时间10日9时(北京时间10日21时),在美国华盛顿、中国上海和台北、智利圣地亚哥、比利时布鲁塞尔、丹麦灵比和日本东京将同时召开新闻发布会,以英语、汉语、西班牙语、丹麦语和日语发布“事件视界望远镜”的第一项重大成果。


早在1915年,爱因斯坦发表广义相对论,最先预言了黑洞的存在。100多年后的今天,人类有望第一次“亲眼目睹”黑洞真容。对此,有学者感叹:“我们是何其幸运,将成为这宇宙中第一批亲眼看到黑洞的碳基生物。”


今晚公布的人类首张黑洞照片,对我们有哪些重要影响?


一问:黑洞无法被看见 人类首张黑洞照片是如何拍摄而成的?


天文学家通过南极望远镜(South Pole Telescope),智利的阿塔卡马大型毫米波阵(Atacama Large Millimeter Array,ALMA),智利的阿塔卡马探路者实验望远镜(Atacama Pathfinder Experiment),墨西哥的大型毫米波望远镜(Large Millimeter Telescope),美国亚利桑那州的(Submillimeter Telescope),夏威夷的麦克斯韦望远镜(James Clerk Maxwell Telescope,JCMT),夏威夷的亚毫米波望远镜(Submillimeter Array),西班牙的毫米波射电天文所的30米毫米波望远镜组成干涉阵列,相当于等效使用了一个地球大小的望远镜去观测银心Sag A*,并且得到了多个电磁波段的图像,经过复杂分析和处理,历时两年,最后得到一张Sag A*的可视化图像。


二问:图像是我们平时看到的天体照片吗?


因为星系周围有大量的气体、恒星以及其他遮挡的物质存在,使用的是射电、毫米波/亚毫米波阵列,并不是我们平时看到的光学波段照片


三问:人类首张黑洞照片有何意义?


看到黑洞并没有现实意义,最重要的是这是人类智慧的胜利。从引力波探测到双黑洞并合开始,黑洞已经从假说变为现实,与第一次拍摄到黑洞照片相比较,由于黑洞本身仍然不可见,因此我们依然看到的是外围场景。但是这一次观测到的图像与理论预期以及数值拟合几乎一致,宣告了爱因斯坦相对论的又一次胜利。


四问:这张照片问世以后对天文学有何影响?


天文学家将从此对黑洞有了更进一步的认识,同时可以使用这个工具对其他黑洞进行测量、观测、理解,扩大了对我们所生存的宇宙的认知。

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8fen679df1 编辑专家

大家怕是什么都看不到

公众都以为天文学家们想看到的和他们想看到的是一种东西。

但其实,公众想看到的是这样的:


今晚公布的人类首张黑洞照片,对我们有哪些重要影响?

百度来的图片。。。


而天文学家们想看到的不过是一堆亮点。。。。。

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还有小编你发布这篇文章是否触犯了视觉中国的利益?
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多了个话题
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好好学习
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既兴奋又害怕
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