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给黑洞拍照片不算什么,下一步要拍视频了

2019-11-6 11:53| 发布者: | 查看: 20| 评论: 0

摘要:   尽管 2019 年还没有结束,但要说起今年重大的科学发现,人类首张黑洞照片的发布,必须是上榜的发现。  今年 4 月份,全球多地联合发布了人类首张黑洞照片。人类首次拍到了 5500 万光年之外,位于遥远的 M87 星 ...

  尽管 2019 年还没有结束,但要说起今年重大的科学发现,人类首张黑洞照片的发布,必须是上榜的发现。

  今年 4 月份,全球多地联合发布了人类首张黑洞照片。人类首次“拍”到了 5500 万光年之外,位于遥远的 M87 星系中央,质量约为太阳的 65 亿倍的黑洞照片。

  第一次看到这张照片时,它符合你对黑洞的想象吗?许多人开始调侃它的样子,大开脑洞。那么对于参与黑洞照片制作的人来说,对这张照片的第一印象如何,符合他们对黑洞的期待吗?

  “有意思的是,我们第一次发布这张照片的时候,感觉也没什么,就是一张很酷的照片而已。但发布会结束后,我们发现地球上所有新闻机构的封面都是这张照片,然后我们开始担心了。

  它的影响如此巨大,而我们为它工作了很长的时间,过程中完全不知道自己最终能否成功。”在 2020 年度科学突破奖(Breakthrough Prize)的颁奖典礼上,EHT 项目负责人,哈佛-史密森尼天体物理中心的谢泼德·杜勒曼(Shep Doeleman)接受澎湃新闻采访时,这么描述自己第一次见到这张照片的感受。

  EHT 项目也因此获得了 2020 年科学突破奖——基础物理学奖。  

  事件视界望远镜(EHT)项目组即人类首张黑洞照片的背后团队。EHT 的拍摄目标之一,是位于 Messier 87 星系中心的超大质量黑洞,其质量相当于 65 亿个太阳。运用全新的算法和技术,研究团队经过艰苦的数据分析,终于呈现了这只“星系怪兽”的图像:中心黑色的黑洞剪影,被周围旋转的炽热气体环绕。

  这张照片也验证了爱因斯坦引力理论对黑洞的预测:由于光线无法挣脱黑洞的引力,在黑洞周围,存在一个由光线构成、环绕中心黑色区域旋转的亮环。

  在采访中,杜勒曼向澎湃新闻介绍了团队工作中的挑战和趣事,未来的研究打算,以及合作在科学研究中的作用。

  根据爱因斯坦引力场方程的计算,如果大量物质集中于空间一点,奇点周围会形成时空扭曲的“视界”,一旦进入这个界面,连光子也无法逃逸。这个预测在 1916 年被提出来,不过,直到 1967 年,普林斯顿大学核物理学家约翰·惠勒才在一场讲座里首次使用了“黑洞”(black hole)这个词汇,并迅速流传开来。

  早在 2017 年 4 月,EHT 项目组就开始了对黑洞的联合观测,而技术和理论工作则开始的更早。

  据杜勒曼介绍,成功捕捉到黑洞的影像,更多依靠的是天时地利人和。原因之一是团队需要升级和连接部署 8 个现有的射电望远镜来组成全球网络,包括 ALMA、APEX、IRAM30 米望远镜、JamesClerkMaxwell 望远镜、大毫米波望远镜(LMT)、亚毫米波阵(SMA)、亚毫米波望远镜(SMT)和南极望远镜(SPT)。

  而这些望远镜分布在各种具有挑战性的高海拔地区,包括夏威夷和墨西哥的火山、亚利桑那州的山脉、西班牙的内华达山脉、智利的阿塔卡马沙漠以及南极点。此外,用来计算院士观测数据的专用超级计算机也分布在不同的地点,分别在马普射电所和麻省理工学院海斯塔克天文台。

  “这就是为什么我说第一次看到这张照片的时候,感觉很奇怪。因为所有的东西都需要结合在一起,并能同时工作。需要技术、望远镜、计算机,但更重要的,需要这个黑洞配合。我们能控制望远镜,能控制计算机,但是我们无法控制黑洞。真的感谢这个特别的黑洞,我们最终呈现了它的光圈,并证实了爱因斯坦的预测。如果它不配合,我们可能现在还在寻找。”杜勒曼说。

  拍到了黑洞照片后,EHT 的工作就结束了吗,下一步计划是什么?“我们拍到了一张黑洞的照片,后来我们将望远镜增加到了 11 台,我们刚获得新的研究资金,可以在最好的位置找到最佳的观测点。有了之前的望远镜,更多网络技术的支持和计算是能力的提升,未来我们想做的有两点。一是能拍张更好的黑洞照片,二是未来 10 年里能拍到黑洞视频。”杜勒曼称。

  杜勒曼介绍,依靠现有的数据和计算机模型,EHT 团队已经在模拟黑洞的运动影像。


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