5500万年前的黑洞,我看到了你

这必定是一个值得记住的时辰。北京时间4月10日21时,人类有史以来捕获的首张黑洞照片公之于世,长期以来“活在传说中”的黑洞终于展示真容。

这是人类第一次真逼真切地“看”到黑洞。这张来之不容易的黑洞照片,示意了室女座星系团中超大品格星系M87中心的黑洞。这一黑洞距离地球5500万光年,品格为太阳的65亿倍。这一图像的捕获意味着,百年之前的爱因斯坦广义相对论失去了首次实行考据。

在比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海与台北、日本东京与美国华盛顿,全球六地以英语、西班牙语、汉语和日语四种语言同步召开寰球动静发布会,宣布变乱视界千里镜(EHT)项目取得的这一重大成果。记者在位于上海南丹路的中国科学院上海地舆台,和中国科学家们一同见证了这一打感民意的时辰。

“这是一项由举世200多位科研职员组成的团队完成的非凡的科研造诣。”EHT项目当真人、哈佛大学教授谢泼德·多尔曼(Sheperd S. Doeleman)说,“咱们也曾取患了上一代人认为不大要做到的事情。手艺的攻破、天下上最佳的射电地舆台之间的互助、翻新的算法都会聚到一起,翻开了一个关于黑洞与事务视界的全新窗口。”

神秘的黑洞背地里有着太多秘密等候暗指,令一代代科学家为之出神。首张黑洞照片泄露了哪些信息?地舆学家若何费尽周折为黑洞“照相”,一步步“迫临”黑洞?这一图像的得胜捕获意味着甚么,将为环球科学钻研带来怎么样的打破?

黑洞,从预言走到刻下

黑洞是一种被极端紧缩的宇宙天体,在一个很小的区域内网罗着令人难以信任的质量。它具有超强引力,即便光也无奈逃脱它的势力范围——这类天体的存在以极真个方式影响着四面的情况,让时空笔直,并将左近的气体吸进来。在此历程中,气体的引力能转化成热能,气体的温度变得很高,会发出强烈的辐射。

1915年,阿尔伯特·爱因斯坦公布了广义绝对论,以其天才的构思力预言了“黑洞”的具备。一年后,德国地理学家卡尔·史瓦西公布了第一个狭义绝对论方程的纯粹解,计算出了“史瓦西球体”的泛起,这一版本的“黑洞”不带电荷,也不窜改。而后很长一段年光,科学家们尝试各类门径来考据“黑洞”是否着实存在。

在此次摄影前,科学家们经由种种间接证据来标明黑洞的具备:其一,恒星、气体的运动透露了黑洞的踪影。黑洞的强引力会对附近的恒星、气领会出产生影响,可以经由视察这种影响来确认黑洞的存在;其二,黑洞会吸积其权势畛域里的悉数物质,经由过程它“吃工具”发出的光来武断黑洞的具有;其三,经由历程看到黑洞成长的进程“看”见黑洞。

种种雷同的证据,无不说明黑洞的确凿具备。2015年,人类第一次听到了两个黑洞彼此绕转归并所发生的引力波之声。但这些都仍是间接的,科学家们急迫巴望直接“看”到黑洞。这将给科学钻研,包括实践解释带来巨大信念。

中国科学院上海天文台台长沈志强研究员秘密记者,“黑洞是一个特殊的天体,也是一种非常简单的天体,要描述它不过弄清楚三个指标:风致、电荷和自转。”地理学家们将宇宙中的黑洞依照风致分成三类:恒星级品质黑洞(几十倍至上百倍太阳风致)、超大风致黑洞(几百万倍太阳风致以上)和中等质量黑洞(介于二者之间)。黑洞的权势局限,称作黑洞半径或事宜视界(event horizon)。

广义绝对论预言,由于黑洞的存在,人们将会看到中心区域存在一个由于黑洞视界而造成的阴影,四面围绕一个由吸积或喷流辐射酿成的如新月状的光环。黑洞阴影则是人类能看到的最濒临黑洞本身的图像。

“由于黑洞的尺寸反比于它的风致,黑洞质量越大,黑洞阴影越大。”沈志强说,此次摄影抉择的主要角色——M87外围的黑洞风致巨大,又相对于濒临地球,是从地球上看过去角直径最大的黑洞之一,也因而成为黑洞成像的一个完善目标。

在地理学家捕捉的首张黑洞照片中,黑洞宛若沉迷在一片雷同发光气体的通亮区域中。“我们预期黑洞会造成一个雷同阴影的漆黑区域。这正是爱因斯坦狭义绝对论所预言的,可我们以前从未见过。”EHT科学委员会主席、荷兰奈梅亨大学教授海诺·法尔克(Heino Falcke)解释,“这个阴影的造成,源于光芒的引力笔挺和黑洞视界对光子的捕捉。阴影默示了黑洞这类诱人天体的很多性质,也使得咱们能够测量M87中心黑洞的巨大品格。”

给黑洞照像有多灾

给黑洞照像事实有多灾?有人何等比如,“就像我们站在地球上来傍观一枚放在月球外貌的橙子。”

2012年就已到场黑洞考察的中国科学院上海天文台研究员路如森说,这个比喻一点不浮夸。给黑洞摄影有几浩劫点:首先是选择适宜的摄影对象,然后要一同单干组成一个超等大千里镜,还必需在符合的窥察波段——毫米波。“傍观电视节目必需选对频道,对黑洞成像而言,在合适的波段发展考查至关重要。”他陈说记者,这对装备精度与灵动度的要求极高,同时需要“天时天时”的配合。旧年4月间的环球察看恰逢汗青上最好的气候,取得的数据十分理想。

用甚么样的“相机”才能实现给黑洞摄影的弘大意图?这一次的气焰堪称“地球级别”。环球科学界将分布在全国各地的8个射电望远镜(阵)“组合”起来,构成一个口径如地球大小的“伪造”望远镜,所到达的活络度与鉴识才力凡是空前未有的。可以说,恰是环球科学界同步的起劲,让人类拍摄到有史以来首张黑洞照片。

路如森敷陈记者,创建EHT是一项难题的应战,需要降级和连接部署8个现有的射电望远镜来组成环球Internet,这些望远镜散播在各具寻衅性的高海拔区域——包括夏威夷和墨西哥的火山、亚利桑那州的山脉、西班牙的内华达山脉、智利的阿塔卡马戈壁以及南顶点。科学家们在这些察看台站日夜始终地记实、阐发,2017年4月的EHT视察中每个台站的数据率到达惊人的32Gbit/s,8个台站在5天察看时期共纪录约3500TB数据。假如是这么多片子的话,至多要几百年才能看完。

这一次给黑洞照相后果有多精确?到达的甄别率约20微角秒。“至关于在巴黎的一家路边咖啡馆,可以读到纽约的报纸。”路如森打了多么一个比方。

只管这些射电望远镜没有实际毗邻,但凭仗氢原子钟准确计时,各台望远镜实现了数据记实的同步。这些数据被存储在高效用的充氦硬盘上,随后被空运至马普射电所与麻省理工学院海斯塔克地理台,在那儿那边,被称作相关处置机的高度专业化超级较量争论机对各个台站数据进行处置。着末,凭仗协作拓荒的新型总计工具,这些数据被全心处理并用来生成图象。

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