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史上第一张黑洞照片发布!距离地球5500万光年
  • 发布时间:2019-11-20
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  • 历史上第一张黑洞照片今晚发布。这是天文学家拍摄的第一张黑洞照片。 根据中国科学院的说法,黑洞图像揭示了室女座星系团中超大质量星系梅西埃

    87中心的黑洞。 黑洞距离地球5500万光年,质量是太阳的65亿倍。 图表中心的暗弱区域是“黑洞阴影” 单独展示这张照片花了两年时间。

    根据英格达中国发布的一份报告,这里看到的光环不是黑洞本身,而是黑洞周围的物质落入黑洞时发出的强烈能量。 这个吸积盘应该是圆盘形的,但是因为黑洞周围的重力太大,扭曲了光线,我们在一边看到一个明亮的圆,在另一边看到一个黑暗的圆 如果你还有印象的话,虽然电影《星际穿越》中的黑洞已经被美化了,但它的外观确实离观察到的并不远,这表明我们对黑洞模型的把握非常恰当。

    《星际穿越》发行五年后,人类实际上可以看到黑洞的真实面目:

    Nolan film 《星际穿越》。黑洞名为“卡冈图亚”,由黑色的天空和明亮的光晕组成。相对论物理学家基普索恩为这部电影设计了黑洞的图像。

    除了确认黑洞自身的模型是正确的,这次的另一个重要目的是观察相对论在极端重力环境下是否能保持正确。从图像结果来看,科学家们已经证实相对论在事件视界是正确的,这也让科学家松了一口气。

    这张由望远镜直接拍摄的黑洞照片“显影”了大约两年。 黑洞是什么样子的?为什么它能被“看见”?未来研究的意义是什么?让我们看看刚刚发布的博客《人民日报》:深度解读!第一张黑洞照片出生记录

    大量天文观测数据已经证实,在浩瀚的宇宙中,有无数黑洞神秘地隐藏在星系中。 然而,人类从未直接“见过”黑洞,也不知道它的真实外观。

    2017年4月5日至14日,来自全球30多个研究机构的科学家发起了一项雄心勃勃的大规模观测计划,以便一睹黑洞的风采。 他们将组成一个由分布在世界不同地区的八个射电望远镜阵列组成的虚拟望远镜网络,希望用它们捕捉黑洞图像。 最后,科学家们成功地拍下了黑洞的第一张“照片”。

    北京时间2019年4月10日21时,这张照片同时在华盛顿特区、上海和台北、圣地亚哥、智利、布鲁塞尔、比利时、丹麦灵璧和日本东京发布 传说中的黑洞终于揭开了它神秘的面纱。

    第一张黑洞照片是如何拍摄的?这个记者将为你揭示整个过程。

    理解黑洞理论上,黑洞是爱因斯坦广义相对论预言的天体 它超强的引力使得光不可能逃脱它的影响范围,这个范围被称为黑洞半径或视界。

    那么,黑洞是如何形成的?

    像宇宙中的所有事物一样,恒星也会衰老和死亡。 当一些大质量恒星耗尽核聚变反应的燃料时,内核将迅速崩溃。所有物质都将迅速向某一点坍塌,最终坍塌成大豆大小的奇点,形成一个强大的力场漩涡,扭曲周围环境空,成为黑洞

    在宇宙中,宇宙中的黑洞根据质量天文学家分为三类:恒星质量黑洞(太阳质量的几十到几百倍)、超大质量黑洞(太阳质量的几百万倍)和中等质量黑洞(介于两者之间)

    根据理论计算,银河系中应该有数千万个恒星黑洞 然而,因为黑洞本身不发射和反射电磁波,仪器和肉眼都无法观察到它。

    既然你看不见,你怎么知道它存在?天文学家主要通过各种间接证据

    沈主任:“有代表性的证据主要有三种 首先,恒星和气体的运动揭示了黑洞的痕迹。 黑洞有很强的引力,这将影响周围的恒星和气体,所以我们可以通过观察这种效应来确认黑洞的存在。 第二种是根据黑洞的吸积物质,即进食时发出的光来判断黑洞的存在。 第三是通过观察黑洞的生长过程来“看到”它。 “

    迄今为止,通过间接观察,科学家们已经在银河系中发现并确认了20多个恒星黑洞,但可能有数千万个恒星黑洞候选

    中国科学院上海天文台研究员沈志强说:“宇宙中每个星系的中心都有一个超大质量黑洞。” 我们生活在银河系的中心有一个,它的质量大约是太阳质量的400万倍 此外,银河系中还有许多恒星黑洞 “

    这些神秘的黑洞与宇宙的诞生和进化有什么关系?它和它所在的星系是什么关系?它和我们人类有什么关系,会影响我们的生活吗?

    为了更准确、更清楚地回答这些问题,科学家们想直接“看到”黑洞。

    准备“摄像机”

    广义相对论预测,虽然黑洞本身不发光,但由于黑洞的存在,周围的时间空会弯曲,气体会被吸引落下。 当气体落到黑洞时,重力能量转化为光和热,所以气体被加热到数十亿度。 黑洞就像沉浸在类似发光气体的明亮区域。事件视界看起来像一个被吸积或喷射辐射造成的新月形光环包围的阴影。

    爱因斯坦的广义相对论预言了这种“阴影”的存在及其大小和形状 科学家希望这次能直接捕捉黑洞的“阴影”图像。

    卢鲁森,中国科学院上海天文台的研究员,说:“对黑洞的阴影成像将提供它存在的直接‘视觉’证据。” 鲁森说:“这必须确保望远镜足够灵敏,能够分辨的细节足够小,以确保能够被清晰地看到。” “

    但是为了满足上述所有条件,望远镜的孔径需要和地球一样大。 然而,目前地球上单个望远镜的最大直径只有500米。 我该怎么办?

    聪明的天文学家已经想出了一个好方法来建立一个强大的联盟

    通过“组合”地球上现有的一些望远镜,可以形成一个孔径和地球一样大的“虚拟”望远镜。它的灵敏度和分辨率是前所未有的。

    因此,全世界200多名科学家已经到达了“视界望远镜”(EHT),这是一项重大的国际合作计划,并决定使用非常长的基线干涉测量技术。

    沈志强说:“这项技术在无线电波段相当成熟,它利用位于不同地方的多台望远镜同时进行联合观测,并最终在相关分析后组合数据。” “

    最后,科学家们从世界许多地方选择了8个亚毫米射电望远镜,包括南极望远镜。

    Lurusson说:“大多数是单望远镜,比如夏威夷的JCMT和南极望远镜。” 还有望远镜阵列。例如,ALMA望远镜由70多个小型望远镜组成。 “

    瞄准

    在建造大型虚拟望远镜的同时,科学家们也在寻找合适的射击目标

    黑洞轮廓和它周围的新月形光环非常非常小。 为了拍摄黑洞的照片,必须在摄影设备容量有限的情况下,找到一个大孔径的黑洞作为目标。

    选择一个圆后,科学家们决定以附近的两个黑洞为主要目标:一个是位于射手座方向的银河系中心黑洞Sgr

    A*,另一个是位于射电星系M87的中心黑洞M87*

    沈志强说:“由于黑洞视界的大小与其质量成正比,这也意味着质量越大,视界就越大 我们选择的两个黑洞质量非常大,它们的视界似乎是地球上最大的,可以说是目前最好的成像候选者。 "

    尽管所选的两个黑洞是最佳的成像候选者,但要清晰地给它们拍照仍然极其困难。

    Sgr A*黑洞的质量相当于400万个太阳,相应的表观界面大小约为2400万公里,相当于17个太阳。 然而,地球距离Sgr

    A *,000光年(约24亿公里)

    沈志强说:“这意味着在我们看来,它巨大的视觉界面只有针尖大小,就像我们站在地球上看月亮表面的橙子一样。” “

    M87中央黑洞质量更大,达到60亿太阳质量

    虽然M87的中心黑洞比Sgr

    A*离地球更远,但它的视界可能与SGR

    A *差不多大,或者由于质量巨大,对科学家来说甚至稍大一些。

    调试摄像机

    要查看两个黑洞事件视界的细节,事件视界望远镜的空之间的分辨率必须足够高。

    它有多高?

    但是不要以为只要虚拟望远镜阵列的分辨率足够高,它就一定能够成功地拍摄黑洞的照片。

    实际情况没那么简单!正如必须选择正确的频道观看电视节目一样,黑洞成像能够在适当的波段进行观察也是非常重要的。

    以前的一系列研究表明,观察黑洞视界“阴影”的最佳波段约为1毫米

    鲁鲁森说:“因为气体在这个波段辐射最强,无线电波也可以不受阻碍地从银河系中心传播到地球。” “

    在这种情况下,望远镜的分辨率取决于望远镜之间的距离,而不是单个望远镜孔径的大小。

    为了提高空之间的分辨率并观察更小的区域,科学家们在望远镜阵列中增加了智利和南极的望远镜用于此次观测。

    沈志强说:“这个设置是为了确保所有8台望远镜都能看到这两个黑洞,从而达到最高的灵敏度和分辨率空 “

    正式拍摄

    8台望远镜,从西班牙向北,从南到南极。他们将向选定的目标投射一张大网,检索大量数据,并为我们勾画黑洞的轮廓。

    科学家的观察窗口很短,一年只有10天左右。 2017年,将在4月5日至4月14日之间

    除了观察时间的限制,拍摄对天气条件也要求极高。

    “因为大气中的水对这个观测波段有很大的影响,水会影响无线电波的强度,这意味着降水会干扰观测

    沈泰说,“如果你想看到界面望远镜观察顺利,你需要所有的望远镜都位于非常好的天气条件下。” “

    根据要求,计划中选择的8架望远镜都位于高海拔地区,降雨量很少,所有晴天的概率很高。

    此外,所有望远镜必须在时间上完全同步才能成功成像

    北京时间2017年4月4日,视界望远镜开始拍摄,观察宇宙 最后的观察于东部时间4月11日结束

    在观测过程中,每个射电望远镜收集并记录来自目标黑洞附近的无线电波信号,然后对这些信号进行积分以获得事件视界的图像

    沈志强说:“为了确保信号的稳定性,事件观测望远镜使用原子钟来确保望远镜收集和记录的信号及时同步。” “

    冲洗照片”拍摄黑洞照片并不容易,而且“冲洗照片”需要很长时间。

    射电望远镜不能直接“看见”黑洞,但它们会收集大量关于黑洞的数据信息,并利用这些数据向科学家描述黑洞。

    观测结束后,每个台站收集的数据将被收集到两个数据中心(马萨诸塞州的干草堆观测站和德国波恩的马克斯普朗克无线电研究所) 在那里,超级计算机回放硬盘记录的数据,在补偿无线电波到达不同望远镜之间的时间差后整合所有数据,并执行校准分析,从而产生黑洞的高分辨率图像。

    经过两年的“发展”,人类历史上第一张黑洞照片终于在2019年4月10日出现

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