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科学家们是怎么“看”到黑洞的?

科技 光明网 6个月前 (04-10) 85次浏览 0个评论 扫描二维码

  咔嚓!

  这里有一张来自

  全球30多个研究所的科学家

  用8个望远镜(阵)

  合力拍摄的黑洞照片正在“冲洗”中

  ……

  预计将在北京时间

  2019年4月10日21:00“冲洗”完成

  并在比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥

  中国上海和台北

  日本东京、美国华盛顿

  6个地方同步发布

  令人万分期待的黑洞照片即将揭开神秘面纱

  你怎么能只看个热闹?

  一睹黑洞“真容”前

  我们帮你向专家打听了一些

  关于黑洞的秘密

  连光都逃不出去的黑洞究竟长啥样?

  拍到它的事件视界望远镜有啥特别?

  听听国家天文台研究员、光明网科学顾问苟利军怎么说

  光明网:都说黑洞看不见摸不着,科学家此次是如何看见黑洞的?

  苟利军:黑洞本身不发光,但是黑洞周围通常都会有一个吸积盘,吸积盘有比较强的辐射或者说是发光的,所以在明亮吸积盘的衬托之下,黑洞就会产生一个所谓的黑洞阴影。这次的观测就是通过观测黑洞本身及其临近区域,看到黑洞的阴影。

  光明网:我们为什么给黑洞拍照?黑洞到底长啥样?

  苟利军:我们知道黑洞已经有非常长的时间了,而且对于黑洞的了解也非常多了,很多计算机已经模拟出黑洞周围的图景,但黑洞周围是不是真如我们目前所了解的这些,还是有所不同?这是给黑洞拍照最直接的初衷。

  如果有一个非常规整的吸积盘的话,那么《星际穿越》电影当中的黑洞样子将是最好的一个描述。然而我们知道,黑洞周围的气体并不完全规则运动,所以很可能和电影当中展现的不完全一样。到底是什么样子的?让我们期待。

  电影《星际穿越》中描绘的黑洞 图片自网络

  光明网:捕获首张黑洞照片的事件视界望远镜(Event Horizon Telescope)有何特殊之处?是如何运行的?

  苟利军:首先这些望远镜都是在亚毫米波波段,通常需要在海拔比较高的地方来减少大气中水气对于亚毫米光子的影响。比如说位于智利的ALMA望远镜的海拔就有5000多米,这些分布于全球不同地方的望远镜通过所谓的甚长基线干涉技术(VLBI)连成一个虚拟网络,构成了一个口径达到一万公里的望远镜,VLBI技术是实现成像观测的关键。

  光明网:截至目前,我们对黑洞的认识是怎样的?

  苟利军:对于黑洞的认识也经历了一个漫长的认识,从两百多年前,拉普拉斯基于牛顿的万有引力提出暗星,到大约100年前,史瓦西基于广义相对论得到第一个没有转动的精确黑洞解,自此之后,很多的物理学家都对黑洞研究做出了贡献,包括奥本海默、科尔、基普索恩、霍金等。我们现在有很多的电磁观测表明黑洞应该是真实存在的,然而我们就是没有看到过有黑洞的真实模样,所以此次照片的影响应该是巨大的。

  图片自网络

  光明网:都说黑洞会吞噬掉很多东西,那它吸进去的东西都去哪里了?

  苟利军:这的确是一个非常有趣的问题,在被吞噬的过程当中,物质都首先会被撕裂成一些最基本的粒子,然后很可能在黑洞的内容又进一步发生其他的物态变化,具体会发生什么样的过程,我们并不是特别的清楚。经典的理论认为,掉到黑洞里的物质都会朝着中心的奇点运动,最后会聚集在那里。随着聚集的物质越来越多,质量也会变得越来越大,黑洞的半径也会变得越来越大。

  光明网:此次人类第一次“看到”黑洞,对我们认识黑洞有何意义?

  苟利军:因为是第一次看到黑洞,所以满足我们黑洞模样的好奇感,另外从科学的角度还可以提供很多的信息,帮助我们了解气体在黑洞内区真正的运动状态。

  图片自网络

  更多知识点

  黑洞是什么?

  理论上,黑洞是爱因斯坦广义相对论预言存在的一种天体。它具有的超强引力使得光也无法逃脱它的势力范围,该势力范围称作黑洞的半径或称作事件视界(Event Horizon)。

  宇宙中,根据质量天文学家们将宇宙中的黑洞分成三类:恒星级质量黑洞(几十倍-上百倍太阳质量)、超大质量黑洞(几百万倍太阳质量以上)和中等质量黑洞(介于两者之间)。

  真的有黑洞吗?

  在这次拍照前,天文学家们通过各种间接证据表明了黑洞的存在,主要有三类代表性证据。

  第一,恒星、气体的运动透露了黑洞的踪迹。黑洞有强引力,对周围的恒星、气体会产生影响,于是我们可以通过观测这种影响来确认黑洞的存在;

  第二,根据黑洞吸积物质(吃东西)发出的光来判断黑洞的存在;

  第三,通过看到黑洞成长的过程“看”见黑洞。

  事件视界望远镜(EHT)是啥?

  它是通过“甚长基线干涉技术”(VLBI) 和全球多个射电天文台的协作,构建一个口径等同于地球直径的“虚拟”望远镜。由全球200多位科研人员共同达成的重大国际合作计划,EHT的建设和此次拍摄的黑洞照片是全球很多人花了很多时间和精力才凝结的一个成果。但这只是一个开始,未来EHT还会带来更多前所未有的科学成果。

  (光明网记者宋雅娟 蔡琳)

编辑: 贾斯曼


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