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“沖洗”了近2年 人類(lèi)史上首張黑洞照片將面世！
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黑洞，今天終于可以看到你的樣子
首張黑洞照片今晚9點(diǎn)面世，這張照片為何難拍，沖洗為何花了兩年
專(zhuān)家解釋?zhuān)何覀兛春诙淳拖裾驹诘厍蛏峡匆恢环旁谠虑虮砻娴某茸?div style="height:15px;">
本報(bào)記者 章咪佳 俞任飛
2019年4月2日，中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)發(fā)布了一則簡(jiǎn)短的通知。
通知提到，事件視界望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目(Event Horizon Telescope，簡(jiǎn)稱(chēng)EHT)將和中國(guó)科學(xué)院一道，發(fā)布一項(xiàng)“來(lái)自于EHT的最新重大成果”。
正在輿論猜測(cè)之際，4月5日來(lái)自中國(guó)科學(xué)院的最新消息稱(chēng)：首張黑洞照片目前正在最后“沖洗”階段，其問(wèn)世已進(jìn)入倒計(jì)時(shí)。
北京時(shí)間2019年4月10日晚上9點(diǎn)整，將宣布一項(xiàng)與超大質(zhì)量黑洞照片有關(guān)的重大成果。
包括中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)在內(nèi)的一些國(guó)內(nèi)機(jī)構(gòu)，也參與了此次國(guó)際合作。
在經(jīng)過(guò)百年的探索后，人類(lèi)即將揭開(kāi)黑洞的神秘“面紗”。
黑洞最早的寫(xiě)生
18世紀(jì)，英國(guó)地理學(xué)家約翰·米歇爾(John Michell)便已經(jīng)意識(shí)到：宇宙中有致密的天體，可以達(dá)到滴“光”不漏的程度——密度大到連光都完全無(wú)法逃逸。
1968年，美國(guó)天體物理學(xué)家約翰·惠勒(John Archibald Wheeler)正式提出，將這樣的天體，稱(chēng)作“黑洞”，它們自身不發(fā)光，吸入所有一切，什么都逃不出來(lái)。
多年來(lái)，天文學(xué)家也只是基于物理學(xué)定律和基本假設(shè)，用計(jì)算機(jī)模擬黑洞的真容。1978年，利用電腦模擬產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，天體物理學(xué)家讓-皮埃爾·盧米涅(Jean-Pierre Luminet)用鋼筆和印度墨水繪制了第一幅模擬黑洞圖像。黑白的圖像展現(xiàn)了落入黑洞的扁平物質(zhì)，它看起來(lái)并不平坦，因?yàn)楹诙磸?qiáng)大的引力，使周?chē)墓獍l(fā)生彎曲。
40年來(lái)，科學(xué)家也已看到了黑洞的一些邊緣證據(jù)，比如物質(zhì)落入黑洞時(shí)，會(huì)因摩擦和引力作用形成一個(gè)巨大的高熱吸積盤(pán)，就像是抽水馬桶放水時(shí)產(chǎn)生的旋渦。
如何找到黑黢黢的黑洞
地球人怎么能看到、拍到宇宙中一個(gè)完全黑暗的物質(zhì)？
探測(cè)黑洞的方法，是找它們的“周邊”——吸積盤(pán)和噴流。
當(dāng)恒星量級(jí)(從3個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量到100個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量大小)的黑洞會(huì)存在于一個(gè)恒星周?chē)?，將恒星的氣體撕扯到它自己身邊，產(chǎn)生一個(gè)圍繞黑洞旋轉(zhuǎn)的氣體盤(pán)，即吸積盤(pán)。
當(dāng)吸積氣體過(guò)多，一部分氣體在掉入黑洞視界面之前，在磁場(chǎng)的作用下被沿轉(zhuǎn)動(dòng)方向拋射出去，形成噴流。
吸積盤(pán)和噴流兩種現(xiàn)象，都因氣體摩擦而產(chǎn)生了明亮的光與大量輻射，所以很容易被地球上的科學(xué)家通過(guò)望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到。理論上，黑洞也就有跡可循了。
月球上的“橙子”和“香泡”
但是這種曲線(xiàn)救國(guó)的方式找黑洞，并不容易。
根據(jù)理論推算，銀河系中應(yīng)該存在著上千萬(wàn)個(gè)恒星量級(jí)的黑洞?？傻侥壳盀橹?，科學(xué)家只確認(rèn)了20多個(gè)黑洞的存在，此外還有四五十個(gè)黑洞候選體。
即將亮相的黑洞——銀河系中心黑洞Sgr A*(人馬座A)；位于星系M87中的黑洞(M87 室女座星云)。
中科院天文學(xué)教授茍利軍解釋說(shuō)，之所以選定這兩個(gè)黑洞作為觀測(cè)目標(biāo)，是因?yàn)樗鼈兊囊暯缑嬖诘厍蛏峡雌饋?lái)是最大的。“其他黑洞因?yàn)榫嚯x地球更遠(yuǎn)或質(zhì)量有限，觀測(cè)難度更大。”
Sgr A*黑洞的質(zhì)量大約相當(dāng)于400萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)，所對(duì)應(yīng)的視界面尺寸約為2400萬(wàn)公里，這個(gè)視界面就相當(dāng)于17個(gè)太陽(yáng)的大小?！巴?，超大是不是？”茍利軍說(shuō)，但是地球與Sgr A*相距2.5萬(wàn)光年(約24億億公里)之遙，這就意味著，它巨大的視界面在我們看來(lái)，大概只有針尖那么小。茍老師打個(gè)比方說(shuō)：“就像我們站在地球上去觀看一只放在月球表面的橙子?！?div style="height:15px;">
M87中心黑洞的質(zhì)量更大，達(dá)到了60億個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量。盡管與地球的距離要比Sgr A*與地球之間的距離更遠(yuǎn)，但因質(zhì)量龐大，所以它的視界面對(duì)我們而言，可能比Sgr A*這只“橙子”稍微大那么一點(diǎn)兒，大概像一只香泡吧。
在過(guò)去10多年時(shí)間里，麻省理工學(xué)院(MIT)的科學(xué)家們聯(lián)合了其他研究機(jī)構(gòu)的科研人員，開(kāi)展了“事件視界望遠(yuǎn)鏡”項(xiàng)目，全球各地8個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡同時(shí)對(duì)黑洞展開(kāi)觀測(cè)。
為了增加空間分辨率，以看清更為細(xì)小的區(qū)域，科學(xué)家們?cè)诖舜芜M(jìn)行觀測(cè)的望遠(yuǎn)鏡陣列里增加了位于智利和南極的望遠(yuǎn)鏡。
在所有參與觀測(cè)的望遠(yuǎn)鏡當(dāng)中，智利的ALMA毫米望遠(yuǎn)鏡是最為重要的一個(gè)，因?yàn)樗撵`敏度是目前單陣列望遠(yuǎn)鏡當(dāng)中最高的。但它的檔期非常滿(mǎn)。ALMA望遠(yuǎn)鏡排滿(mǎn)了一系列觀測(cè)計(jì)劃，所以此次黑洞視界面的觀測(cè)，ALMA望遠(yuǎn)鏡只計(jì)劃進(jìn)行四五天，其中兩個(gè)晚上觀測(cè)銀河系中心黑洞SgrA*，剩下的時(shí)間留給星系M87黑洞。
8個(gè)望遠(yuǎn)鏡組成的國(guó)際部隊(duì)，不能直接看到黑洞，但它們將收集大量關(guān)于黑洞的數(shù)據(jù)信息，勾勒出黑洞的樣子。
對(duì)于此次跨越南北半球的事件視界望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)，因其所涉及的站點(diǎn)區(qū)域非常廣闊，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量將十分龐大。事件視界望遠(yuǎn)鏡每一個(gè)晚上所產(chǎn)生數(shù)據(jù)量可達(dá)2PB (2000000GB)。幫助科學(xué)家找到“上帝粒子”的歐洲大型質(zhì)子對(duì)撞機(jī)，一年產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量也就這個(gè)量級(jí)。
在觀測(cè)結(jié)束之后，各個(gè)站點(diǎn)收集的數(shù)據(jù)，被匯集到兩個(gè)數(shù)據(jù)中心——位于美國(guó)麻省的Haystack天文臺(tái)和德國(guó)波恩的馬普射電所。在那里，大型計(jì)算機(jī)集群將會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)時(shí)間進(jìn)行合并與分析，從而產(chǎn)生一個(gè)關(guān)于黑洞的圖像。這一分析所需的時(shí)間少則半年，長(zhǎng)則數(shù)年。
“黑洞圖像，將幫助人們回答噴流是如何產(chǎn)生并影響星系演化的?！碧煳膼?ài)好者莊則以說(shuō)，事件視界望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)對(duì)于科學(xué)研究有著非常重大的意義，“即便是只能夠看到幾個(gè)像素，此次視界面望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)也將是人類(lèi)黑洞觀測(cè)史上的重要一步?！?div style="height:15px;">
