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人类历史上第一张黑洞照片发布了!!!

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发表于 2019-4-11 17:51:37 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 猴头 于 2019-4-11 17:56 编辑

北京时间4月10日晚9点,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)将通过协调召开全球新闻发布会,事件视界望远镜(EHT)将宣布一项与超大质量黑洞照片有关的重大成果,人类首张黑洞照片在全球六地同步发布。

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这就是人类历史上首张黑洞照片

该黑洞图像揭示了室女座星系团中超大质量星系 M87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。下面这张就是黑洞的真实面容,跟你的想象一样吗?

事实上,这是一个虚拟的望远镜网络。据媒体报道,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。


人类在黑洞问题上的探索
18世纪,英国地理学家约翰·米歇尔(John Michell)便已经意识到:宇宙中有致密的天体,可以达到滴“光”不漏的程度——密度大到连光都完全无法逃逸。
1968年,美国天体物理学家约翰·惠勒(John Archibald Wheeler)正式提出,将这样的天体,称作“黑洞”,它们自身不发光,吸入所有一切,什么都逃不出来。
多年来,天文学家也只是基于物理学定律和基本假设,用计算机模拟黑洞的真容。1978年,利用电脑模拟产生的数据,天体物理学家让-皮埃尔·卢米涅(Jean-Pierre Luminet)用钢笔和印度墨水绘制了第一幅模拟黑洞图像。黑白的图像展现了落入黑洞的扁平物质,它看起来并不平坦,因为黑洞强大的引力,使周围的光发生弯曲。
40年来,科学家也已看到了黑洞的一些边缘证据,比如物质落入黑洞时,会因摩擦和引力作用形成一个巨大的高热吸积盘,就像是抽水马桶放水时产生的旋涡。
如何找到黑黢黢的黑洞
地球人怎么能看到、拍到宇宙中一个完全黑暗的物质?
探测黑洞的方法,是找它们的“周边”——吸积盘和喷流。
当恒星量级(从3个太阳质量到100个太阳质量大小)的黑洞会存在于一个恒星周围,将恒星的气体撕扯到它自己身边,产生一个围绕黑洞旋转的气体盘,即吸积盘。
当吸积气体过多,一部分气体在掉入黑洞视界面之前,在磁场的作用下被沿转动方向抛射出去,形成喷流。
吸积盘和喷流两种现象,都因气体摩擦而产生了明亮的光与大量辐射,所以很容易被地球上的科学家通过望远镜探测到。理论上,黑洞也就有迹可循了。
月球上的“橙子”和“香泡”
但是这种曲线救国的方式找黑洞,并不容易。
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,科学家只确认了20多个黑洞的存在,此外还有四五十个黑洞候选体。
即将亮相的黑洞——银河系中心黑洞Sgr A*(人马座A);位于星系M87中的黑洞(M87 室女座星云)。
中科院天文学教授苟利军解释说,之所以选定这两个黑洞作为观测目标,是因为它们的视界面在地球上看起来是最大的。“其他黑洞因为距离地球更远或质量有限,观测难度更大。”
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科幻电影《星际穿越》中计算机模拟出的黑洞形象
Sgr A*黑洞的质量大约相当于400万个太阳,所对应的视界面尺寸约为2400万公里,这个视界面就相当于17个太阳的大小。“哇,超大是不是?”苟利军说,但是地球与Sgr A*相距2.5万光年(约24亿亿公里)之遥,这就意味着,它巨大的视界面在我们看来,大概只有针尖那么小。苟老师打个比方说:“就像我们站在地球上去观看一只放在月球表面的橙子。”
M87中心黑洞的质量更大,达到了60亿个太阳质量。尽管与地球的距离要比Sgr A*与地球之间的距离更远,但因质量庞大,所以它的视界面对我们而言,可能比Sgr A*这只“橙子”稍微大那么一点儿,大概像一只香泡吧。
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这是先前由计算机模拟生成的M87星系中心黑洞两种可能的样子。
给黑洞拍照的目的是什么?

通过对黑洞的直接观测,科学家希望能够在更强引力场环境下检验广义相对论,直接验证事件视界的存在,研究黑洞边缘上的吸积和喷流行为,以及基础的黑洞物理等。
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图注:根据广义相对论模拟出的黑洞阴影(中),看起来比较圆,而其他引力理论给出了或扁(最左)或长(最右)的阴影。图中不对称性是由于黑洞旋转造成的。

我们知道,爱因斯坦的广义相对论通过了一次次的检验,从星光通过太阳的偏折角度到太空中的引力透镜,从光线挣脱白矮星的引力约束出现的红移到水星的近日点异常进动,从雷达回波延迟到脉冲双星辐射引力波出现的轨道周期变短等等。但这些检验都还没有深入到像黑洞视界边缘这样的更极端的引力环境中检验。因此,科学家利用事件视界望远镜通过对黑洞视界边缘直接观测,看看广义相对论是否仍然有效。

当然,自从2015年人类首次直接探测到黑洞合并发出的引力波以来,已经探测到了10对黑洞和1对中子星的碰撞,这些引力波携带的信息与广义相对论符合得也很好。我们对广义相对论还是非常有信心的。
广义相对论预测,物质落入黑洞时发出的部分光子会围绕在黑洞边缘,加上引力透镜效应,会形成一个明亮的光环,勾勒出中心黑洞的轮廓,犹如黑洞的剪影。

黑洞轮廓的大小和形状可以从广义相对论引力场方程计算出来,这取决于黑洞的质量和角动量。我们通常说黑洞有“三根毛”,指的是质量、角动量和电荷,但电荷通常忽略不计。广义相对论预言,黑洞阴影的形状基本上呈圆形,但其他版本的引力理论却预言了稍微不同的形状。因此,这次可通过直接观测来验证广义相对论。



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