第一张黑洞照片“拍”好了! “拍摄”顺利 “出品”尚需等待

新民晚报 2017/5/2 9:59:00

图说:黑洞假想图 NASA

【新民晚报·新民网】地球人合力“拍摄”的第一张宇宙黑洞“照片”,好了吗?答案是:“拍摄”出人意料顺利,“出品”尚需耐心等待。记者从参与此次国际联合观测项目的中科院上海天文台副台长、研究员沈志强处获悉,“事件视界望远镜”对银河系中心超大质量黑洞人马座A*的首度“拍照”,已顺利完成全部“拍摄”,接下来还需要相当长的一段时间完成复杂的数据分析,距离真正的“照片成像”时间还早。虽因观测频率不同,上海的天马望远镜不是“事件视界望远镜”的成员之一,但它以另一种形式与此次黑洞观测事件“结缘”。

为什么要给黑洞“拍照”?

“截至4月11日,‘事件视界望远镜’就已顺利完成了对银河系中心超大质量黑洞人马座A*预定的5次观测(或者说是拍摄),观测非常成功,特别幸运的是,观测期间,分布在全球各地的8面射电望远镜(阵)所在地的天气都出奇地好。”沈志强告诉记者。

“事件视界望远镜”是一个总体口径等效于地球直径的虚拟巨型望远镜,其分辨本领比著名的哈勃空间望远镜还要高出1000倍,相当于在地球上能看清月球上的一个橘子。按计划,“事件视界望远镜”今年4月5日开启,打算在4月5日至14日的10天中选择天气等观测条件最佳的5天“拍摄”银河系中心超大质量黑洞人马座A*,后期再对观测数据进行汇总、处理和分析,最终给出第一张人类“拍摄”的黑洞“照片”。

“大家都期盼着首张所谓的银河系中心黑洞的‘照片’,这将是对爱因斯坦广义相对论最苛刻的验证,其重要性不言而喻。”沈志强如是说。1915年,爱因斯坦发表广义相对论,最先预言了黑洞的存在。此后越来越多的天文观测结果间接证明了黑洞的存在,然而,迄今为止,人类从未直接地看到过黑洞。

黑洞居然可以被“看见”?

黑洞一旦形成,就会在周围形成一个界面,这个界面被称作“事件视界”(eventhorizon),也就是此次望远镜的名字。中科院上海天文台左文文博士解释说,它就像一堵无形的墙将内部被高度扭曲的时空和外界时空隔离开,该界面以内的物质都无法逃离,即使光也不例外。

那么,给黑洞“拍照”究竟是拍什么呢?答案:黑洞的“阴影”。2000年,天文学家们基于广义相对论下的光线追踪程序,首次模拟出银河系中心黑洞人马座A*在无线电波段上“看”起来的样子。根据他们的模拟结果,天空平面(与视线方向垂直的面)会被一个名为黑洞“视边界”的圆环一分为二。一边是在视边界圆环以内的光子,只要在视界面以外就能逃离黑洞,但受到很强的引力作用,亮度低;一边是在视边界圆环以外的光子,能绕着黑洞绕转多圈,积累的亮度足够高。于是,我们就会看到在视边界内侧的亮度明显更弱,看起来就像一个圆形的阴影,外面包围着一个明亮的光环。

我们在一步步逼近黑洞!

“事件视界望远镜”对银心超大质量黑洞人马座A*的首度“拍照”,是一项大规模的国际合作研究,目前世界上该领域的几乎所有研究人员,都不同程度地参与其中。沈志强透露:“我们也参与了事件视界望远镜之一的位于夏威夷莫纳克亚山上的东亚天文台15米望远镜(JCMT)的观测运行,接下来还将开展更多的合作研究。”

据沈志强介绍,“事件视界望远镜”是由国际上可以工作在230GHz或更高频率的亚毫米波射电望远镜所组成的VLBI(甚长基线干涉)阵列,目前包括分布在全球六地的8个射电望远镜(阵):南极的SPT、智利的ALMA(阵)和APEX、墨西哥的LMT、美国亚利桑那的SMT、美国夏威夷的JCMT和SMA(阵)和西班牙的30米IRAM。天马望远镜的最高工作频率是43GHz,因此不在“事件视界望远镜”之列。“但是,天马望远镜与日韩射电望远镜组成的东亚VLBI网在此次‘事件视界望远镜’观测前后开展了大量的22GHz和43GHz成图监测,就目前已完成的观测来看,天马望远镜的作用非常明显。这些观测与其它的地面红外、空间X射线和伽玛射线卫星同期的观测,共同构成了对该超大质量黑洞的多波段协同观测研究。”可见,在“事件视界望远镜”潜心为黑洞“拍照”时,天马望远镜也对黑洞投去了专心致志的凝视,使人们又对黑洞多了一分了解。

位于银河系中心的超大质量黑洞人马座A*,一直是黑洞研究的最佳对象,因为它是从地球上望去最大的黑洞。早在2005年,沈志强领衔的国际天文研究小组,首次将黑洞人马座A*“锁定”在1.5亿公里直径的区域内。12年他相信,“人们正一步步逼近银河系中心的超大质量黑洞。”(新民晚报记者 董纯蕾)

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