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2019年04月13日
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黑洞首图亮相证实人类猜想?
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  科学家首次拍摄到一个位于十分遥远的星系的黑洞,并在全球同步公开照片。
  这个黑洞位于距离地球5500万光年的一个星系,最大直径约400亿公里,相当于地球的300万倍,被科学家形容为“怪兽”。
  为了拍摄这个黑洞,科学家利用世界各地八座望远镜组成的网络收集数据,这个网络称为“事件视界望远镜”。
  单是拍摄就花了五天时间,科学家之后用两年分析得到数据。
  黑洞不会反射光线,因此拍摄它们并非一件易事。
  人类史上首张黑洞照片面世
  4月10日,全球多地天文学家同步公布首张黑洞真容。这一由200多名科研人员历时10余年、从四大洲8个观测点“捕获”的视觉证据,有望证实爱因斯坦广义相对论在极端条件下仍然成立。
  这是人类第一次凝视曾经只存在于理论中的天体——黑洞,一种体积极小、质量极大的天体,如同一个宇宙“吞噬之口”。
  伦敦科学博物馆科学部主任海菲尔德说:“黑洞之所以如此命名,是因为它们具有非常强大的引力,甚至连光都无法逃脱。”
  过去一直认为黑洞是无法被观测到的。这是人类历史上首张黑洞照片,被称为天文学上的重要里程碑。
  露出真容的黑洞,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做出预言,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臺台长沈志强说。
  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、上海天文臺研究员路如森说。
  “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、全球天文臺的合作等,让人类最终打开了一个观测黑洞的全新窗口。
  比太阳大65亿倍的黑洞
  最初提出为黑洞拍照的荷兰奈梅亨拉德堡德大学(Radboud University)教授法尔克(Heino Falcke)接受访问时说,黑洞涉及人类对宇宙的根本了解,“我们的宇宙中有两大理论,爱因斯坦的相对论描述了宏观,量子力学描述了微观,但是在黑洞的边缘,相对论与量子力学无法协调,在那里可能会发现新的东西”。这个黑洞的体积比我们身处的太阳系还要大。“它的体积是太阳的65亿倍,也是目前所知的黑洞中最重的一个。”
  法尔克形容这个黑洞四周的光是个“火圈”,包围著一个黑色的点。这些光线由一些正被吸入黑洞的高温气体发出,光线比宇宙其他星体发出的光线都要亮,因此我们在地球也能看见。
  照片中黑色圆圈的外围就是光线被吸进黑洞的地方。黑洞的引力十分大,连光线都逃不过被吸进去的命运。
  物理学家以至电影导演多年来都在猜想并研究黑洞的真正样子。参加拍摄黑洞研究的英国伦敦大学学者尤西(Ziri Younsi)认为,拍照的结果证明,黑洞的样子和这些物理学家和电影导演的想像差不多。
  美国亚利桑那大学天文学副教授丹尼尔·马罗内认为,黑洞之所以重要,是因为它在长时间尺度上会影响宇宙演化。但人们并没有完全了解黑洞如何吞噬物质,然后又将其中一部分以接近光速向外喷射,影响其所在星系。黑洞照片不仅将为广义相对论提供新信息,也有助于了解黑洞喷流的形成过程。
  “我们已经完成了上一代人认为不可能做到的事情,”项目主任、美国哈佛-史密森天体物理学中心的谢泼德·杜勒曼总结说,“技术的突破、世界上最好的射电望远镜之间的合作、创新的算法都匯聚到一起,打开了一个了解黑洞的全新窗口。”
  拍摄到黑洞的照片只是第一步。科学家还要研究黑洞四周的光环是如何产生出来,也要研究物质被吸进黑洞后的命运是怎样。
  下一个任务
  法尔克教授说,他在1993年修读博士学位时,就萌生了为黑洞拍摄照片的想法。
  外界最初认为拍摄黑洞是不可能的事情,但他发现一种只会在黑洞附近出现的无线电波,这些电波强劲得在地球也能接收。他之后又回想起一份1973年的论文,文章推论说由于黑洞引力十分巨大,它们看起来要比实际体积大2.5倍。
  法尔克之后花了20年时间游说欧洲研究议会,最终获得多个研究拨款约4亿英镑。
  法尔克接受访问时说,成功拍到黑洞的照片后,他有种“任务完成”的感觉。
  研究团队的下一个目标,是为一个位于我们太阳系中间的超级黑洞拍照。这个黑洞与地球近得多,但它四周的“火圈”比位于M87黑洞的“火圈”暗淡得多,因此拍照并不是容易的事。
  法尔克说,今后要拍摄更好的黑洞照片,就需要比地球还大的望远镜,这就需要走向太空。
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