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人類首張黑洞照片面世 超大黑洞距地球5500萬光年

2019年04月11日 16:07 稿件來源:中國新聞網   【字體:↑大 ↓小
事件視界望遠鏡合作組織供圖
事件視界望遠鏡合作組織供圖

  中新網上海4月10日電 (記者 孫自法)全世界200多位科學家合作完成的一項重大天文學成果——人類首張黑洞照片,北京時間4月10日晚在全球多地同步發布。事件視界望遠鏡(EHT)宣布,已成功獲得超大黑洞的第一個直接視覺證據,該黑洞圖像揭示了室女座星系團中超大質量星系M87中心的黑洞,它距離地球5500萬光年,質量為太陽的65億倍。

  當晚9時,人類首張黑洞照片上海發布會在中國科學院上海天文臺舉行。天文學家介紹說,EHT是一個通過國際合作而實現的、由8個地面射電望遠鏡組成的觀測陣列,旨在通過形成一個口徑如地球大小的“虛擬”望遠鏡來捕捉黑洞的圖像,其所達到的靈敏度和分辨本領都前所未有。百年之前,愛因斯坦提出的廣義相對論得到了首次試驗驗證。如今,作為多年國際合作的成果,EHT為科學家們提供了研究宇宙中最極端天體的新手段。

  “我們捕獲到了黑洞的首張照片”,來自哈佛大學及史密松寧學會的EHT項目主任謝潑德·多爾曼(Sheperd S.Doeleman)說,“這是一項由200多位科研人員組成的團隊完成的非凡的科研成果。”

  黑洞是一種被極度壓縮的宇宙天體,在一個很小的區域內包含著令人難以置信的質量。這種天體的存在以極端的方式影響著周圍的環境,讓時空彎曲,并將周圍的氣體吸進來。在此過程中,氣體的引力能轉化成熱能,因此氣體溫度變得很高,會發出強烈輻射。“如此一來,黑洞就像沉浸在一片類似發光氣體的明亮區域內,我們預期黑洞會形成一個類似陰影的黑暗區域。這正是愛因斯坦廣義相對論所預言的,可我們以前從未見過。”EHT科學委員會主席、來自荷蘭奈梅亨大學的海諾·法爾克(Heino Falcke)解釋稱,“這個暗影的形成,源于光線的引力彎曲和黑洞視界對光子的捕獲。暗影揭示了黑洞這類迷人天體的很多本質,也使得我們能夠測量M87中心黑洞的巨大質量。”

  多次獨立的EHT觀測通過多個校準以及不同的成像方法均揭示了一個環狀的結構及其中心的暗弱區域,即黑洞陰影。“一旦我們成功對黑洞陰影成像,就可以將觀測結果與理論預言相比較,檢驗考慮了時空彎曲、超高溫及超強磁場等物理性質在內的大量模型。令人驚訝的是,我們所觀測到圖像的許多特征與理論預言相一致”,EHT董事會成員賀曾樸評論道,“這使得我們對觀測的理論解釋,包括對黑洞質量的測量,都充滿信心。”

  EHT建設和最新獲得人類首張黑洞照片的成果源于數十年觀測、技術和理論工作的堅持與積累,也是全球團隊合作的典范,由中科院國家天文臺、紫金山天文臺和上海天文臺共同建立的中科院天文大科學中心是EHT一個合作機構的成員,并由中科院上海天文臺牽頭組織協調參與此次EHT項目合作,積極參加全球對遙遠M87星系中心超大黑洞的顛覆性觀測。

  中科院上海天文臺臺長沈志強研究員表示,“對M87中心黑洞的順利成像絕不是EHT國際合作的終點站,我們期望也相信在不久的將來EHT會有更多令人興奮的結果”。

  “我們已經取得了上一代人認為不可能做到的事情”,謝潑德·多爾曼總結說,“技術的突破、世界上最好的射電天文臺之間的合作、創新的算法都匯聚到一起,打開了一個關于黑洞和事件視界的全新窗口”。

  創建EHT是一項艱巨的挑戰,需要升級和連接部署8個現有的射電望遠鏡來組成全球網絡,包括ALMA、APEX、IRAM30米望遠鏡、JamesClerkMaxwell望遠鏡、大毫米波望遠鏡(LMT)、亞毫米波陣(SMA)、亞毫米波望遠鏡(SMT)和南極望遠鏡(SPT)。這些望遠鏡分布在各種具有挑戰性的高海拔地區,包括夏威夷和墨西哥的火山、亞利桑那州的山脈、西班牙的內華達山脈、智利的阿塔卡馬沙漠以及南極點。此外,馬普射電所和麻省理工學院海斯塔克天文臺的專用超級計算機負責了對原始觀測數據的互相關工作。

  EHT觀測使用了甚長基線干涉測量(VLBI)技術,觀測波段是1.3毫米。世界各地的射電望遠鏡同步觀測,同時利用地球自轉,形成一個口徑如地球大小的“虛擬”望遠鏡,達到的分辨率約20微角秒,觀測效果足以在巴黎的一家路邊咖啡館閱讀紐約街頭的報紙。

  據了解,獲得人類首張黑洞照片這一具有里程碑意義的重大科學成果,也被權威學術期刊《天體物理學雜志通信》于4月10日以特刊的形式發表6篇論文。(完)

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