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人类首次捕获黑洞照片 爱因斯坦百年猜想终得检验

作者:admin 发布日期:2019/4/12 关注次数: 二维码分享

央广网上海4月11日消息(记者朱敏 傅闻捷 韩晓余)据中国之声《新闻纵横》报道,昨天(10日)晚上9点多,人类历史上首张黑洞照片在中国上海和台北、比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、日本东京和美国华盛顿全球六地同时对外发布,这是人类首次通过图像直观的看到黑洞。


天文学家捕获首张黑洞照(央广网发 事件视界望远镜合作组织提供)

不少网友昨晚第一时间看到了黑洞的照片,简单地说,这张照片呈现出的是一个橙色的光环,环内的中心和环外的区域都是黑色。

幽暗的宇宙美丽也调皮,长久以来人类关于黑洞的探索,在这一刻终于得到影像印证。这张在全球多地同步公布的“大片”,证实了神秘天体黑洞的存在,也使得爱因斯坦的百年猜想终得检验。

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,这个势力范围称作黑洞的半径或称作事件视界。由全球200多位科学家共同合作的事件视界望远镜也称EHT项目,通过全球8个射电望远镜勾勒出了黑洞图像。昨晚,这张期待已久的黑洞如约揭开了神秘面纱。

黑色的界面上晕染出一个橙色光环,是这张黑洞“正面照”给人的直观印象。中科院上海天文台研究员路如森介绍,这张黑洞来自于室女座一个巨椭圆星系M87的中心,距离地球5500万光年,质量约为太阳的65亿倍。路如森说:“首先我们看到的是黑洞的阴影,这个亮的地方和中心暗的区域对比度超过了十倍,也就意味着人们看到的暗影是真实的,我们可以测量暗影的大小,得到的结果是42微角秒,在M87的距离上,这个角大小对应的约1000亿公里。同时通过测量环状的大小,根据知道的距离,我们就可以定出这个黑洞的质量,它是65亿倍太阳质量。”

黑洞本身并不发光,那么,照片上的橙色光环是什么?怎么形成的?到底哪个区域是黑洞?中科院上海天文台研究员袁峰解释:“黑洞本身的确不发光,但是黑洞主要的特点是引力比较强。黑洞周围有很多气体,这些气体在黑洞引力的作用下会往黑洞里下落,下落过程中,这些气体就会变的非常热,所以就会发出非常强的辐射。在图中看到的这些明亮的光环,就是非常热的气体发出来的辐射。这个光环并不是代表了黑洞的视界,黑洞的视界在中间的阴影里面。它比阴影的直径还要小一些,具体多少爱因斯坦广义相对论都给我们做出了预言。”

对于黑洞具体是什么样子,在这次拍照前,天文学家们通过各种间接证据表明黑洞的存在,比如,黑洞有强引力,对周围的恒星、气体会产生影响,人们可以通过观测这种影响来确认黑洞的存在。根据黑洞吸积物质(吃东西)发出的光来判断黑洞的存在。近年来技术的发展,为黑洞的成像带来了可能。中科院上海天文台台长沈志强介绍,EHT的“八只眼睛”向选定的目标撒出一条大网,捞回海量数据,勾勒出黑洞的模样,据介绍,这张黑洞照片的“冲洗”用了约两年时间。沈志强说:“基于甚长基线干涉测量技术,它把分布在全球各个地方的望远镜组合起来,形成等效于地球万公里长的望远镜,使它具备了观测遥远天体非常高的分辨本领。近十年,全球科学家在技术上的进步,方法上的创新,使得我们终于有机会在今年宣布得到了它的图像。”

黑洞成像除了提供黑洞存在的直接“视觉”证据外,袁峰指出,重要的目的是在强引力场的极端环境下验证爱因斯坦广义相对论,同时细致研究黑洞周围的物质吸积和喷流的形成及传播。袁峰介绍:“一方面通过射电望远镜得到这么一张照片,另外一方面我们也可以根据爱因斯坦的广义相对论,结合黑洞吸积理论,能够事先把理论家预言的图像计算出来,然后把观测到的照片跟理论预言的照片进行对比,发现它们非常吻合,从这个角度来说完美的验证了爱因斯坦广义相对论。”

在此次EHT合作中,我国大陆科学家共有16人参与了项目,沈志强表示,在早期EHT国际合作的推动、EHT望远镜观测时间的申请、后期的数据处理和结果理论分析等方面都做出了中国贡献。“我们没有大设备的直接运行,但是我们从观测的层面给予了实际的参与和贡献。另外一方面这是一个大的科学合作计划,国内的科学家在推动物理的观测、理论研究方面都做出了有国际显示度的工作。从科学方面自始至终,到现在为止,包括后续的观测我们都是参与其中。”沈志强说。

回顾人类近三百多年的历史,全球科学家们对黑洞的探索从未停止。

早在1784年,英国物理学家约翰·米歇尔(John Michell)就从理论上预言过这种神秘天体。他设想,有可能存在一种引力强到连光也无法从其周围逃逸的天体,他称之为“暗星”。

不过,由于“暗星”不可见,要想在空间中找到这样一个天体,对当时的科学家来说几乎是天方夜谭。这也使得在此后很长一段时间里,“暗星”的问题逐渐被搁置。

直到1915年,爱因斯坦广义相对论提出之后,黑洞研究迎来转机。爱因斯坦将引力视为时空扭曲,他在方程中预言,一个足够小而重的物体,能隐藏在事件视界之内,而在这视界内,引力强大到连光都无法逃逸。

基于此,1916年德国天文学家史瓦西求出了爱因斯坦方程的第一个精确解。他发现,任何具有质量的物体都存在一个临界半径——后被称作“史瓦西半径”。当一个恒星发生塌缩,收缩至史瓦西半径后,这个恒星将在自身引力作用下终变成黑洞。

20世纪以来,越来越多的天文学家开始认真思考这种“太空监狱”存在的可能性。中科院国家天文台研究员苟利军介绍,1962年,新西兰物理学家罗伊·克尔解决了旋转黑洞(即克尔黑洞)的引力场和时空问题。

其后,这种“不可思议的天体”被美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒命名为“黑洞”。而英国物理学家霍金等人关于黑洞的研究,尤其是霍金关于黑洞熵和黑洞霍金辐射的研究,启发人们思考黑洞的内部。

就在昨晚,全球六地共同公布了人类首张黑洞照片,成为黑洞存在的直接“视觉”证据,数百年来人类关于黑洞的探索,终于得到影像印证。这一刻,人类在宇宙面前睁开了自己稚嫩的双眼,看向了我们不曾看到过的神秘世界。这一刻值得铭记,未来,浩渺星空中,人类有关黑洞的浪漫探索,还将继续。


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