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TUhjnbcbe - 2024/3/31 9:18:00
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还记得3年前,人类拍摄的首张黑洞照片吗?当时被我们记住的除了那张黑洞(M87)照片外,同时还有照片的“拍摄者”——事件视界望远镜”(EHT)。

年5月12日,一组名研究人员在本周四的七场新闻发布会上介绍了他们最新的工作成果——全球第二张黑洞照片。图像显示一个带有两个亮点的发光环,中间有一个圆形阴影。这是他们长达20年工作的成果,也是分布在世界各地的八个天文台协力合作的成果。如果将他们的图像与超级计算机放在一起,可以模拟出口径类似地球大小的望远镜(超长基线干涉测量)。可能你会觉得名字很熟悉?没错,正是3年前的黑洞拍摄者——“事件视界望远镜”(EHT)团队。

模拟黑洞照片

但这次我们谈论的是我们银河系的中心,专家称之为人马座A*的黑洞。这个名字源于这个重达四百多万个太阳的黑洞潜伏于人马座所在的星空区域的后面。它是我们银河系恒星围绕运行的原点,也是我们在茫茫宇宙中漂流的锚点。而现在终于有了它的照片。

黄道第九宫——人马座

人马座A*的黑洞

回想三年前,当EHT团队公布第一张疑似黑洞的照片时,引起全世界人们的轰动。但当时的那个黑洞是处于另一个星系中心的,称为M87。它距离银河系大约万光年,其确切距离和质量都只能粗略估计。因此,直到今天,人们仍然怀疑那个标志性的环是否真的显示了一个黑洞——或者只是看起来像它的东西。

现在,质疑的应该可以沉默了。因为现在拍摄的这个黑洞就在我们所在的星系。相较于之前的万光年的距离,人马座A*距离我们仅不到3万光年。在广阔的宇宙中,这基本意味着我们就生活在它的影响范围内(事实也是如此的)。因此,这次的照片,乃至以后的观察结果,将不再只限于象征意义,而且还可能带来更为实际的发现成果。

人马座想象图

这次公布的黑洞照片处于银河系中心,也标志着银河系的面纱终于朝我们敞开。一直以来,银河系一直让人类很难观测,密集的尘埃云笼罩着银河系的中心,因此就算使用像哈勃这样的望远镜观察到的效果也十分差强人意。当然,在研究人员一次又一次地尝试后,仍然瞥见了旋转的气体云、巨大的磁场弧以及剧烈的超新星爆炸残余物等。从那时起,银河系中心就被认为是宇宙中最动荡和奇异的区域之一——一个人类可以了解宇宙如何运作的宇宙实验室。

银河系模拟图

可以观察“黑洞”?

黑洞是奇特的。超大质量黑洞人马座A*,迄今为止仍处于黑暗中。到目前为止唯一清楚的是,当大量物质落入一个星团时,就会形成黑洞。因为那时它们会在自身重力的作用下持续塌缩。以至于在某一时刻所有物质都聚集在一个单一的、难以想象的密集点上,物理学家称之为“奇点”。

物理学家开玩笑说黑洞“没有头发”,因为没有东西可以逃逸出来。然而,没有人知道这是否真的如此。没有人可以确切地检查那里的样子。奇点周围的区域似乎与我们的宇宙隔绝了。没有任何东西可以从那里逃脱,甚至连光芒也无法逃脱。而且在那里时间也几乎停滞不前。这就意味着直接观测黑洞是不可行的。

因此,科学家们考虑通过研究黑洞周边的环境来间接观察它。幸运的是,黑洞周围的确经常伴随温度高达数百万度的气体聚集形成快速旋转的圆盘。这种光芒四射的糊状物正是EHT观察的对象。

看黑洞宛如看月球上的甜甜圈

当科学家找到可以观测黑洞边缘来间接观察黑洞的方案后,另一个问题来了:要怎么才能看到那“旋转气盘”中间的黑洞的影子?尽管人马座A*黑洞就像是整个银河系的引擎,影响范围巨大。但是就其本身体积而言,却小得惊人。如果把人马座A*放在太阳的位置上,它的边缘甚至不会到达最内层行星水星的轨道。由于它与地球的距离很远,其观察面积就宛如在地球上观察月球上的一个甜甜圈一样。

幸运的是,自年代以来,天文学家一直在使用一种技术,将数个遥远天文台的图像拼接在一起。有了这个,就能得到了一个与巨型望远镜相对应的分辨率。对于事件视界望远镜EHT,使用该方法的一个问题是必须寻找亚毫米波的天文台。因为只有亚毫米波才能像红外一样穿透宇宙尘埃。而对研究人员来说起初是有些不切实际的,因为目前世界上的亚毫米波天文台通常都位于难以进入的地方。例如,在南极,在西班牙内华达山脉的山峰上,在墨西哥火山的山肩上或在海拔5,米的智利阿塔卡马沙漠的高原上。

天文望远镜

最终,项目组花费15年时间才协调这些分散于世界各地的天文台配备好必要的技术,并使各国原本相互竞争的研究小组走到一起。自年4月起,这些天文台的望远镜就一直聚焦在银河系中心位置。

庞大的海量数据和最终结果

如果说前面是和天文观测相关的问题,并且天文学家们都一一破解。那么当真正开机运行后,一个主要的问题就是连续不断观测带来的海量数据。五年来总计产生了3,TB的数据。通过使用超级计算机,并利用德国法兰克福大学为之编写的专用程序,该团队最终得到9,张图像。

EHT望远镜——分布全球的天文台

它们中的大多数都显示出一个发光的环。另有不到百分之三的图片,显示是一个褪色的斑点。最终,研究人员决定将所有可以想象到的图像叠加起来——从而获得了现在已经发表的带有两个亮点的图像。

这张照片对研究人员来说是一个巨大的成功,但它并不是对实际的准确描述,而是对黑洞可能长什么样的合理估计。而且为了澄清这种矛盾心理,科学家们又发布了三张有可能与现实相符的图像。

那是黑洞吗?

尽管最终的照片存在人为处理的因素,但这些结果依旧对研究是有价值的,人马座A*的图像是黑洞存在的一个有力迹象。不同于上一个黑洞M87,大家对他的图像没有产生更大的争议,原因是离我们太远,证伪与证实一样困难。但是对于人马座A*,我们人类总有一天能够更详细的一探究竟。所以对结果的证实工作尤其需要谨慎。

首先,事件视界望远镜的团队认为,他们现在可以通过人马座A*的图像排除其他一些可能的解释,包括虫洞、玻色子星或没有视界的‘裸’奇点。另一方面,其他的怀疑对象仍然存在于可能性范围内——比如说时空中的某个未知的洞,它们同样存在黑洞的视界特征。

因此无论如何,事件视界望远镜的研究人员宣布他们仍将继续在那片星域寻找。正如他们在发布会所言,尽管经常遇到一些事情,包括恶劣的观测天气,持续许久的疫情,各种技术故障,但人马座A*并没有逃走,它一直都在,在人马座的上方,在我们这片星空的中央。

写在最后

作为离人类最近的一个黑洞,这次的照片即便不是第一张黑洞照片,它的出现仍然是整个天文界值得为之欢呼的成果。想想我们当今的世界,战争,疫情,经济,太多的不好的消息缠绕着我们,太多人在蝇营狗苟地生活着。在此时刻,我们更应该看到那群仰头凝望黑洞的人的可贵之处。希望出现更多类似这样的天文事件,能够鼓舞更多的人,把目光投向遥远的星空。

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