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黑洞既然看不见,那银河系首张黑洞照拍的是 [复制链接]

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许多人难以置信,这竟然是一张位于我们银河系中心的超大质量黑洞的照片,被称为人马座a星,也就是住在我们银河系的庞然大物的真身,这下子是真正见到了!

有朋友会疑惑:黑洞既然看不见,那银河系首张黑洞照拍的是什么东西?其实就是黑洞,因为黑洞本身不发光,所以我们看到的是围绕它旋转的热等离子体,这其实是事件视界望远镜拍摄的第二张黑洞照片,此前一张是位于m87星系中心的超大质量黑洞照片。而现在我们终于给银河系中心的人马座成像,因为它位于我们自己的星系中,它比m87星近倍,但它也比m87星小多倍,所以从地球上看,它看起来只比m87恒星略大一点。

所以要观测这样一个物体,需要面对一些额外的挑战。首先,在我们和银河系中心之间有很多尘埃和气体,所以你不能用可见光看到它。在某个点上,我们必须切换到红外光,它可以更好地穿透尘埃碎片,让我们从远处看到它,这样我们才得以窥视银河系的中心,目睹了一些真正令人惊叹的事情:一群恒星在各种各样的偏心轨道上飞来飞去,速度之快令人难以置信,其中一颗恒星的速度为每秒万米,这是光速的8%。

所有这些恒星似乎都在绕着一个巨大无比的物体运行,这个物体很紧凑,但它不像恒星那样明亮。如果你仔细观察,你可以看到它闪烁,然后这就是我们认为的超大质量黑洞。根据它周围恒星的运动,我们可以推断黑洞的质量大约是太阳的万倍,但都被塞进了一个微小的点,奇点。任何东西,包括来自它的光在这一点的短屏蔽半径内无法逃逸,最终进入奇点。因此我们要想看到黑洞的任何辐射,就必须将视线转移到更远的地方,而不是通常来自过热的等离子体。当然,人类所拍到的就是这些外围发光物。那么在如此远的距离,我们是怎么做到的呢?

首先可以肯定的是,它们不是用可见光制作的,而是用波长为1.3毫米的无线电波制作的。所以所有的观测都是用射电望远镜拍摄的,射电望远镜基本上看起来像一个巨大的卫星碟形天线,当一个光源发射无线电波时,它们会向除了地球以外的所有方向放射出去,这就是所谓的平面波。射电望远镜的工作原理是在天空中来回扫描,当它直接指向一个射电源时,它会产生一个亮点,这是因为所有的无线电波都在同一距离传播,从碟形天线上反弹,并在同一时间被接收时间,所以它们是同相的,这意味着峰对峰、谷对谷。

当望远镜经过光源时,它们会产生建设性的干扰,一些无线电波现在比其他电波传播得更远,因此它们会发生异相的破坏性干扰,信号强度降到零,从而形成一个清晰的图像。所以望远镜只有在直接对准光源时才会产生峰值强度,然后当碟形物在任何方向上移动一点点时,强度就会迅速下降。实现这一点有两种方法:一种是观察更高频率的无线电波,这样望远镜的任何轻微移动都会导致波长的变化更大,这会对天线造成破坏性干扰。另一种方法是增加望远镜的直径,这会增加望远镜两侧无线电波的路径长度差。

拍摄黑洞图片的挑战在于如何看清天空中一小块区域的结构。想象一下,用射电望远镜扫描黑洞的中心,但是分辨率不够高,无法判断那里是否有我们想象的环形结构。如果你想提高分辨率,唯一的办法就是增加望远镜的直径,但如果你如果进行计算,你会发现你需要的望远镜要想看到黑洞的环显然是不可能的,但有一种方法可以做到极致,在世界各地布置一个望远镜,只要你能正确地组合来自所有这些的信号,就能形成一个强大的单独射电望远镜,它们之间的距离可以达到地球的直径,你可以获得与地球大小的碟形望远镜相同的角度分辨率,这种技术被称为甚长基线干涉测量法。因此,事件视界望远镜不仅仅是一个望远镜,而是一个全球射电天文台网络。

来自全球近80个研究所的名天文学家联合起来,找到了这种方法,创造出一个与我们的星球一样大的望远镜EHT,所有这些望远镜都在同一时间观察人马座a星,不像单个望远镜望远镜单独作战,每个望远镜都会记录其所在位置的信号,精确到数PB的数据在飞秒间就会被生成。这听起来可能像科幻小说,但它实际上就像eht团队在年向全世界展示m87星系中心的超大质量物体时所展示的那样出现了。

eht望远镜无法看到黑洞黑洞本身,因为黑洞是不可见的,他们从它周围炽热的发光气体中提取无线电信号,并成像黑洞投射在它身上的阴影。为了做到这一点,eht阵列中的望远镜天线必须指向天空中完全相同的位置,同时eht可以判断这些天线中的位置和计时是否正确。但是毕竟是多个望远镜所观测的数据,因此,eht研究人员必须开发特殊的算法,以填补空白并重建他们的图像。这就像盯着一个拼图,其中大部分碎片缺失一样,试图找出整个图像的外观,以确定结果是否科学可靠。

他们使用了各种方法计算机模拟来识别望远镜网络,不同的团队以不同的方式独立工作,用新技术和软件重建图像。他们花了多年的时间才达到如今的程度,然后才向全世界展示了他们的图像结果。

还有一点是,首先,银河系的中心被尘埃云和热气体所遮蔽,这些尘埃云和热气体散射了来自黑洞周围的无线电信号。此外,由于人马座a星的质量比m87中的同类星小倍,所以它的无线电信号在短短几分钟内的时间内变化要快得多,这就迫使天文学家调整他们的算法,开发新的技术,以获得稳定的图像。最终,eht团队成功地克服了所有这些障碍,得到了这张前所未有的人马座a星的照片!

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