人类首张黑洞照片,中国贡献了……|2019-04-12

2019年4月12日10:49:48 发表评论

百余年前,爱因斯坦广义相对论率先对黑洞作出预言。时至今日,全球多地天文学家同步公布了人类首张黑洞照片。

北京时间4月10日晚9点07分,全球六地通过协调召开全球新闻发布会,人类首张黑洞照片在全球六地同步发布。

 

据介绍,该黑洞位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。它的核心区域存在一个阴影,周围环绕一个新月状光环。

 

百余年前,爱因斯坦的广义相对论率先对黑洞作出预言,从此成为许多科幻电影的灵感源泉。科学家陆续通过一些间接证据证实了黑洞的存在,但人类始终没有真正“看到”过黑洞。

 

而本次在视界面望远镜的工作过程和后来的数据分析过程中,科学家们发现,所观测到的黑洞阴影和相对论所预言的几乎完全一致,令人不禁再次感叹爱因斯坦的伟大。

 

据悉,事件视界望远镜项目合作由13个合作机构组成,中国科学院天文大科学中心(CAMS) 是其中之一。CAMS由中国科学院国家天文台、紫金山天文台和上海天文台共同建立,其中上海天文台牵头组织协调国内学者参与了此次合作。

 

科学界普遍认为,黑洞是宇宙中最神秘的天体,几乎所有质量都集中在最中心的“奇点”处,其周围形成一个强大的引力场,在一定范围之内,连光线都无法逃脱。这个边界称作“事件视界”,本次发布黑洞照片的国际组织,就叫做“事件视界望远镜”项目。

 

根据理论推算,银河系中光恒星量级的黑洞就有上千万个。天文学界认为,许多星系中央都有超大质量黑洞。例如代号M87的超巨椭圆星系中心黑洞的质量被认为约为太阳的65亿倍。

 

天文学家根据质量将宇宙中的黑洞分成了三类:恒星级质量黑洞(几十倍至上百倍太阳质量)、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)。

 

爱因斯坦是对的

 

新华社报道称,百余年前,爱因斯坦的广义相对论率先对黑洞作出预言,从此成为许多科幻电影的灵感源泉。科学家陆续通过一些间接证据证实了黑洞的存在,但人类始终没有真正“看到”过黑洞。

 

“这是人类获得关于黑洞的第一个直接视觉证据,证实了爱因斯坦广义相对论在极端条件下仍然成立。”参与国际合作的中方科学家、中国科学院上海天文台台长沈志强说。

 

质量极其巨大的黑洞,是宇宙中的神秘存在。这次通过分布全球的观测点组成一个口径如地球大小的虚拟望远镜——黑洞事件视界望远镜,顺利实现在1.3毫米波长的观测,并经过长期的数据分析,成功“捕获”黑洞的影像。

 

由于需要极高的灵敏度,组成全球网络的8个射电望远镜分布在多个高海拔地区,包括夏威夷和墨西哥的火山、西班牙的内华达山脉、智利的阿塔卡马沙漠、南极点等。“这些望远镜的分辨率相当于能在黑龙江漠河阅读南沙群岛上的一张报纸。”中方科学家、上海天文台研究员路如森说。

 

“看”得远、“看”得清仍然不够,给黑洞拍照还要“看”得准。“观看电视节目要选对频道,黑洞影像也必须在合适的波段才能观测。”路如森说,最佳波段在1毫米附近,这一波段的黑洞光环最明亮,而背景“噪音”又最小。

 

该国际合作项目负责人、哈佛大学教授谢泼德·多尔曼表示,过去10多年里,技术的突破、全球天文台的合作等,让人类最终打开了一个观测黑洞的全新窗口。

 

有生之年,我们竟然看见了黑洞的脸!网上的讨论也热闹极了。有人赞美科学的神奇,有人感叹有生之年,更多的人则大开脑洞,这黑洞像啥呀?甜甜圈……

 

哇,天大的甜甜圈!

 

这些脑洞就像被黑洞吸了一样,收也收不住啊!

 

据中国科学院上海天文台报道,在这次黑洞拍照的全球项目中,中国科学家也做出了贡献。

全球项目中的中国贡献

很多人关心,在为黑洞拍照的过程中,是否有中国科学家的身影。在这里,可以非常自豪地告诉大家,我们没有缺席。

 

我国科学家长期关注高分辨率黑洞观测和黑洞物理的理论与数值模拟研究,在事件视界望远镜(EHT)国际合作形成之前,就已开展了多方面具有国际显示度的相关工作。

 

在此次EHT合作中,我国科学家在早期EHT国际合作的推动、EHT望远镜观测时间的申请、夏威夷JCMT望远镜的观测、后期的数据处理和结果理论分析等方面做出了中国贡献。

  1. 机构参与

EHT是一个多年国际合作的结果,科学家们提供了研究宇宙中最极端天体的新方法。EHT的建设和今天宣布的观测结果源于数十年观测、技术和理论工作的坚持和积累。这与来自世界各地的研究人员的密切合作是分不开的,是全球团队合作的典范。13个合作机构共同创建了EHT,使用了既有的基础设施并获得了各种机构的支持。主要资金由美国国家科学基金会(NSF)、欧盟欧洲研究理事会(ERC)和东亚资助机构提供。

 

这一激动人心的成果受到了中国科学院天文大科学中心(国家天文台,紫金山天文台和上海天文台)的支持。上海天文台牵头组织协调国内学者通过东亚天文台参与该合作。

  2. 望远镜参与

想要利用VLBI技术构成一个等效口径足够大、灵敏度足够高的望远镜,需要在全球各地广泛地分布着足够多的这类望远镜。过去十年中,技术的突破、新射电望远镜不断建成并加入EHT项目、算法的创新等,终于让天文学家们打开了一扇关于黑洞和黑洞视界研究的全新窗口。

 

此次参与到EHT观测的JCMT目前由东亚天文台负责运营。而东亚天文台代表了包括中国、日本、韩国等的参与。由于观测波段的限制,正式观测基于的观测波段是1.3毫米。位于中国大陆的射电望远镜未参与正式的观测,但在前期联合观测(2017年3-5月的全球联合观测)中,上海65米天马望远镜和新疆南山25米射电望远镜作为东亚VLBI网成员共同参与了密集的毫米波VLBI协同观测,为最终的M87*黑洞成像提供了总流量的限制。

 

图9:上海65米天马望远镜,图片来源:上海天文台

  3. 科学家参与

参与此次事件视界望远镜大型的国际合作项目的科研人员达200名之多,其中,中国大陆学者共16人,分别来自上海天文台8人,云南天文台1人,高能物理所1人,南京大学2人,北京大学2人,中国科学技术大学1人,华中科技大学1人。另外,还有部分来自中国台湾地区的学者。“这份宝贵而难忘的工作中充满了挑战和成长”,参与了该项目的一位中国科学家说。

图10:一群科学家们在JCMT观测室观测的情景,图片提供:高峰,上海天文台

 

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