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参考消息网:Black hole and EHT 黑洞与事件视界望远镜
信息来源:参考消息网  发布时间:2019-04-24  浏览次数:155  [ 关闭 ]

最近,人类拍摄到的首张黑洞(black hole)照片公布,终于揭开了宇宙中这一看不见、摸不着天体的神秘面纱。

多少年来,由于观测手段和计算能力有限,黑洞一直停留在理论物理学家的预测中。人们只能偶尔在科幻电影中遐想黑洞的面容。现在,我们终于可以眼见为实,这无疑是科学技术发展史上又一巅峰时刻。

首次向人类展示自己真容的黑洞位于室女座超巨椭圆星系M87(Messier 87)中心,距离地球大约5500万光年。从照片上看这是一个中心为黑色的明亮环状结构,黑色部分是黑洞投下的阴影”(shadow),明亮部分是绕黑洞高速旋转的吸积盘(accretion disk)。网友们还发挥想象将黑洞修图成了甜甜圈的模样。

美国国家航空航天局(NASA)对黑洞的科普是:A black hole is a place in space where gravity pulls so much that even light cannot get out(黑洞是宇宙中一个引力强大到连光都无法逃脱的地方)

早在100多年前,爱因斯坦就在广义相对论中(the theory of general relativity)预测了黑洞的存在:Einstein predicted that dense compact regions of space would have such intense gravity that nothing could escape them(爱因斯坦预测,宇宙中的极度致密区域有着极强的引力,以至于任何东西都无法从中逃脱)。而黑洞一词作为一个科学术语,在20世纪60年代才由美国天体物理学家约翰·惠勒提出。

因此,黑洞并不是顾名思义的一个empty space(空荡荡的空间),而是a great amount of matter packed into a very small area(大量物质堆积在一个极小的区域),所以是supermassive(超大质量)的。这次观测到的黑洞质量是太阳的65亿倍。

黑洞神秘而难以捕捉,科学家们用了十多年时间才拍下这张照片。工欲善其事,必先利其器,这次拍照的利器便是“Event Horizon Telescope”(“事件视界望远镜,简称EHT)

听起来有些拗口的名词“Event Horizon”(事件视界),其实得名于黑洞本身的一种特性。在黑洞周围,光线不能逃脱的临界范围被称为黑洞的半径或事件视界。事件视界实际是指event(事件)被观测到的界限。目前,超越事件视界的景象,也就是黑洞内部,是无法被观测到的。

正由于所有光都不能摆脱黑洞的掌控,我们只能通过观测黑洞的强引力场对其周围恒星和气体的影响来间接观测黑洞。随着恒星、气体和尘埃越来越接近超大质量黑洞,它们会进入越来越小的空间,逐渐升温,然后被撕碎,形成围绕黑洞并散发热量的碎片,即吸积盘”(accretion discaccretion disk)

事件视界望远镜是由分布在美国、墨西哥、智利、法国等地的8个大型射电望远镜及阵列组成的观测网络,这是一个口径像地球一样大的望远镜(a telescope the size of Earth)。超过200名世界各地的研究者参与了这一项目,其中也包括来自中国的团队。

拍摄了照片,还需要冲印。这一望远镜阵列收集到的千万亿字节级别的数据,经由超级计算机(supercomputer)进行了约两年的处理及分析,再通过创新算法(algorism)才成功冲洗出黑洞照片。尽管这次照片有点,但科学家们说未来会有更多观测台站加入,灵敏度和数据质量都将提升,有望看清黑洞更多细节,对结果的分析也会更加深入。

有意思的是,M87黑洞照片与科幻电影《星际穿越》中的黑洞景象有一定相似性。当时,在物理学家、诺贝尔奖获得者索恩的帮助下,导演诺兰塑造了一个拥有幽深黑色中心和外圈高亮吸积盘的黑洞。

在电影中,主人公库珀掉入黑洞,收集到黑洞奇点(singularity)的量子数据,然后传送给了另一个时空的女儿,成功拯救了地球。尽管黑洞造成了时空的弯曲,但love is the one thing that transcends time and space(爱是可以穿越时间和空间的存在)(彭茜)

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