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TUhjnbcbe - 2024/3/7 16:08:00
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新京报讯(记者杨砺)4月10日21时,全球六地(比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海和台北、日本东京和美国华盛顿)同时召开新闻发布会,宣布人类首次利用一个口径如地球大小的虚拟射电望远镜,在近邻超巨椭圆星系M87的中心成功捕获世界上首张黑洞图像。

这张图像的意义非同一般,它提供了黑洞存在的直接“视觉”证据,使得在强引力场下验证爱因斯坦广义相对论,细致研究黑洞附近的物质吸积与相对论性喷流成为可能。据介绍,此次发布的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,其距离地球万光年,质量为太阳的65亿倍。该图像的许多特征与爱因斯坦广义相对论的预言完全一致,在强引力极端环境下进一步验证了广义相对论。通过研究这个图像,人类将揭示出黑洞这类天体更多本质。1.神秘面纱背后的黑洞究竟长什么样子?本次发布会的“主角”是室女座超巨椭圆星系M87中心的超大质量黑洞,其质量是太阳的65亿倍,距离地球大约万光年。

此次全球六地发布的黑洞照片。

公布的照片展示了一个中心为黑色的明亮环状结构,看上去有点像个橙色的甜甜圈,其黑色部分是黑洞投下的“阴影”,明亮部分是绕黑洞高速旋转的吸积盘。

图片中即是M87星系中心超大质量黑洞(M87*)的图像,上方为年4月11日的图像,下方三个图为M87*在年4月5日、6日和10日的图像。图中心的暗弱区域即为“黑洞阴影”,周围的环状不对称结构是由于强引力透镜效应和相对论性射束(beaming)效应所造成的。由这种上(北)下(南)的不对称性可以定出黑洞的自旋方向。2.给黑洞成功拍照有多大的意义?首先,对黑洞拍照使我们能够了解黑洞更多的细节特征,有助于天文学家理解喷流、吸积盘等结构的形成机理,北京师范大学物理学系副教授张宏宝介绍。其次,此次拍摄的黑洞是一颗位于星系中央的大质量黑洞,被认为与整个星系的演化关系密切,观测得到的黑洞图像有望为我们揭示两者间的联系与作用机理。此外,黑洞附近广义相对论效应非常明显,一百多年前,爱因斯坦提出广义相对论,将时间和空间结合为一个四维的时空,并提出引力可视为时空的扭曲。这一理论做出了不少重要预言,其中之一便是:当一个物体的质量不断塌缩,就能隐蔽在事件视界(eventhorizon)之内——在这一黑洞的“势力范围”内,引力强大到连光都无法逃脱。拍摄黑洞使我们有机会检验黑洞附近的真实情况是否符合广义相对论的理论预言,再次检验广义相对论。3.什么样的黑洞适合拍照?事实上,黑洞并不是孤立存在的,黑洞的中心是一个奇点,它的周围存在大量气体,据黑洞研究专家、国家天文台研究员苟利*教授介绍,由于黑洞的强大引力,气体会朝黑洞下落。而当这些气体被加热到数十亿度高温时,便会发出强烈的辐射。同时,黑洞也会以喷流和风的形式向外喷射物质和能量。不过,虽说黑洞的阴影能被“看到”,但也不是所有黑洞都符合成像条件。由于黑洞事件视界的大小与其质量成正比,这也意味着黑洞的质量越大,事件视界就越大,也越适合成像。因此,距离我们近的超大质量黑洞是完美的黑洞成像候选体。用这一虚拟望远镜“拍照”的两个目前已知最优的候选体,一个是银河系中心黑洞SgrA*,一个是近邻射电星系M87的中心黑洞M87*。此前,距离地球2.6万光年的SgrA*从未被直接看到过,但其附近的恒星会受到它的影响,因此科学家认为,它真实存在。此外,由于人马座的SgrA*被宇宙尘埃和气体包围,观测难度大大增加。天文学家集中了位于南极洲、美洲和欧洲的6个地方的8台望远镜,组成“事件视界望远镜”,共同发射能穿透黑洞周围密集星云的窄频无线电波,来“对焦”这个著名的黑暗之地。为了增加探测灵敏度,“事件视界望远镜”(EHT)所记录的数据量非常庞大。年4月份的观测中,每个台站的数据率达到惊人的32Gbit/s,8个台站在5天观测期间共记录约TB数据(相当于万部电影,至少要几百年才能看完!)。EHT采用专用硬盘来记录数据,再把它们送回数据中心进行处理。在那里,研究人员用超级计算机矫正电磁波抵达不同望远镜的时间差,并把所有数据做互相关综合处理,从而达到信号相干的目的。在此基础之上,通过对这些数据经过近两年时间的后期处理和分析,人类终于捕获了首张黑洞图像。4.“事件视界望远镜”(EHT)项目是什么?中国也有参与者年4月,“事件视界望远镜”启动对黑洞拍照,“冲洗”用了约两年时间。包括中国科学院上海天文台在内的一些国内机构参与了此次国际合作。此外,我国科学家长期

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