震撼!人類首張黑洞照片發布,原來長這樣……

來源:羊城晚報 作者: 發表時間:2019-04-10 21:53

 人 類 首 張 黑 洞 照 片

 ↓↓↓ 

新華視頻直播截圖

全球六地同步發布首張黑洞照片

北京時間4月10日21點整, 比利時布魯塞爾、智利聖地亞哥、中國上海和臺北、日本東京、美國華盛頓 等全球六地同步召開全球新聞發布會, 事件視界望遠鏡(EHT) 宣布一項與超大質量黑洞照片有關的重大成果。在上海,EHT項目和中國科學院共同發布這一重大成果。

央視新聞直播截圖

EHT項目,是由全球200多位科研人員共同達成的重大國際合作計劃,通過“甚長基線幹涉技術”和全球多個射電天文臺的協作,構建一個口徑等同于地球直徑的“虛擬”望遠鏡,用于黑洞探測。 理論上,黑洞是愛因斯坦廣義相對論預言存在的一種天體,它具有的超強引力使得光也無法逃脫它的勢力范圍,該勢力范圍稱作黑洞的半徑或稱作事件視界。

澎湃新聞直播截圖

此前,天文學家都是通過各種間接的證據來表明黑洞的存在,而EHT項目則是通過這個擁有地球直徑的“虛擬望遠鏡”直接觀測到了黑洞邊緣的圖像。專家稱,人類首張黑洞照片的問世,對研究黑洞具有重要意義。

模擬圖片

雖然可能有人搞不懂愛因斯坦、 

霍金那些科學大佬的

黑洞理論

但大家可以通過電影腦補

《星際穿越》可以説是

呈現黑洞的佳片了 

飛離地球、穿越蟲洞、 

遇到黑洞、到達五維空間

……

簡直是暢遊太空 

模擬圖片

每部電影裏的黑洞都不一樣

顏值和能力各異

但他們有幾個共同特點:

 一是長得

像個大漩渦

 二是都有

超強吸引力

 三是會

改變時間、空間

模擬圖片

你也許還對這些問題感興趣:

黑洞是如何形成的?

黑洞到底有多黑?

科學家是如何拍到黑洞的?

戳視頻了解!

探知黑洞

人類的首張黑洞照片,是由全球8個望遠鏡共同拍攝。而背後則是全球30多家科研院所的科學家們的共同努力。

2017年的4月5日到14日之間,科學家們進行了 “地球級” 觀測計劃,他們利用分布于全球不同地區的8個射電望遠鏡陣列,組成一個虛擬望遠鏡網絡,目標是銀河係中心的巨大黑洞——人馬座A*的視界面。

人馬座A*

這個虛擬的望遠鏡網絡被稱為“事件視界望遠鏡”(Event Horizon Telescope,  EHT)。這個名詞有點拗口:“事件視界”,或者被翻譯成“視界面”,是什麼意思?

當年,愛因斯坦提出,引力可視為時空扭曲。 他的方程預言,當一個物體的質量不斷塌縮,就能隱蔽在事件視界(event horizon)  之內——這個界限內,其引力強大到連光都無法逃脫。

這就是“黑洞”。

連光線都無法逃脫,我們如何看到“黑洞”?

事實上, 當黑洞“吞食”其他天體時,吸入的物質在掉入視界面前會産生一個圍繞黑洞旋轉的吸積盤。當氣體朝著黑洞落下被加熱到數十億度高溫時,會發出強烈的輻射,會讓事件視界看起來像“剪影”。

電影《星際穿越》中的黑洞,電影藝術地表現了吸積盤的形態

我們説回EHT項目的觀測目標——人馬座A*。這個超大質量黑洞位于銀河係中心。盡管它比太陽重了400萬倍,但因為這個黑洞距離我們太遙遠(約兩萬六千光年),仍然很不容易看到。看到人馬座A*所需的分辨率是哈勃空間望遠鏡的2000倍。EHT項目組這樣形容其觀測難度: 相當于在紐約看清一個位于洛杉磯的高爾夫球上的每個小洞。

觀測黑洞視界的最佳波段約為1毫米,因為氣體在這個波段的輻射最明亮,而且無線電波也可以不被阻擋地從銀河係中心傳播到地球。接近黑洞時,無線電波就像是池塘裏的圓形漣漪,但是當其到達地球時,這些漣漪已經成為平面狀。在這個波長上為黑洞“拍照”,需要 口徑像地球一樣大的望遠鏡

這恰恰利于發揮射電望遠鏡“集團作戰”的優勢——天文學家將相隔一定距離的多臺射電望遠鏡觀測同一方位,甚至可以用多臺較小的望遠鏡得到超過大型望遠鏡的精度。這種模式被稱為甚長基線幹涉測量(Very—long—center  interferometry,簡稱VLBI)。

EHT項目使用到的望遠鏡包括:位于南極的SPT;位于智利的ALMA;位于智利APEX;位于墨西哥的LMT;位于美國亞利桑那州的SMT;位于夏威夷的JCMT;位于夏威夷的SMA;位于西班牙的IRAM  30m。(多説一句,這個項目還在不斷加新,比如位于格陵蘭島的GLT。在今後的觀測中也會大顯身手。)

這其中,最關鍵的成員要屬位于智利的ALMA,它的加入將EHT的靈敏度提高了十倍。

EHT利用世界不同角落的射電望遠鏡,組成網絡來模擬“地球級”望遠鏡。 每一個射電望遠鏡都收集並記錄來自于黑洞附近的無線電波信號,然後再將數據集成,並計算出事件視界的圖像。

為了得到清晰的圖像,必須保證無線電信號到達每個望遠鏡的時間極其精確。

觀測期間記錄的數據量也是海量。一次普通的五天觀測期間,每座望遠鏡會搜集約500TB的數據,整個數組産生的數據約7PB(等于7000TB),將裝滿1000至2000個硬盤。

這麼多的數據已經不可能靠網絡傳遞,EHT用最原始,也是最可靠的辦法——把硬盤用飛機運到位于美國馬薩諸塞州的MIT海斯塔克天文臺以及位于德國波恩的馬克斯普朗克電波天文研究所進行處理。

在那裏,超級計算機矯正光波抵達不同望遠鏡的時間差,並把所有數據集成。這些經過校準的資料被用來合成黑洞照片。 這些工作並不容易,“洗照片”的時間花了一年多,直到今天,我們才獲得這張照片。 而該項研究,或許會完善我們對黑洞、引力,甚至是對宇宙的認知。

來源 | 羊晚新媒體綜合羊城晚報·東區二樓、央視新聞、南方網、中國科普博覽

圖片、視頻 | 羊晚新媒體綜合羊城晚報·東區二樓、央視新聞、南方網、中國科普博覽

文字 | 部分來自羊城晚報記者 徐雪亮


編輯: 智韜
數字報
震撼!人類首張黑洞照片發布,原來長這樣……
羊城晚報  作者:  2019-04-10

 人 類 首 張 黑 洞 照 片

 ↓↓↓ 

新華視頻直播截圖

全球六地同步發布首張黑洞照片

北京時間4月10日21點整, 比利時布魯塞爾、智利聖地亞哥、中國上海和臺北、日本東京、美國華盛頓 等全球六地同步召開全球新聞發布會, 事件視界望遠鏡(EHT) 宣布一項與超大質量黑洞照片有關的重大成果。在上海,EHT項目和中國科學院共同發布這一重大成果。

央視新聞直播截圖

EHT項目,是由全球200多位科研人員共同達成的重大國際合作計劃,通過“甚長基線幹涉技術”和全球多個射電天文臺的協作,構建一個口徑等同于地球直徑的“虛擬”望遠鏡,用于黑洞探測。 理論上,黑洞是愛因斯坦廣義相對論預言存在的一種天體,它具有的超強引力使得光也無法逃脫它的勢力范圍,該勢力范圍稱作黑洞的半徑或稱作事件視界。

澎湃新聞直播截圖

此前,天文學家都是通過各種間接的證據來表明黑洞的存在,而EHT項目則是通過這個擁有地球直徑的“虛擬望遠鏡”直接觀測到了黑洞邊緣的圖像。專家稱,人類首張黑洞照片的問世,對研究黑洞具有重要意義。

模擬圖片

雖然可能有人搞不懂愛因斯坦、 

霍金那些科學大佬的

黑洞理論

但大家可以通過電影腦補

《星際穿越》可以説是

呈現黑洞的佳片了 

飛離地球、穿越蟲洞、 

遇到黑洞、到達五維空間

……

簡直是暢遊太空 

模擬圖片

每部電影裏的黑洞都不一樣

顏值和能力各異

但他們有幾個共同特點:

 一是長得

像個大漩渦

 二是都有

超強吸引力

 三是會

改變時間、空間

模擬圖片

你也許還對這些問題感興趣:

黑洞是如何形成的?

黑洞到底有多黑?

科學家是如何拍到黑洞的?

戳視頻了解!

探知黑洞

人類的首張黑洞照片,是由全球8個望遠鏡共同拍攝。而背後則是全球30多家科研院所的科學家們的共同努力。

2017年的4月5日到14日之間,科學家們進行了 “地球級” 觀測計劃,他們利用分布于全球不同地區的8個射電望遠鏡陣列,組成一個虛擬望遠鏡網絡,目標是銀河係中心的巨大黑洞——人馬座A*的視界面。

人馬座A*

這個虛擬的望遠鏡網絡被稱為“事件視界望遠鏡”(Event Horizon Telescope,  EHT)。這個名詞有點拗口:“事件視界”,或者被翻譯成“視界面”,是什麼意思?

當年,愛因斯坦提出,引力可視為時空扭曲。 他的方程預言,當一個物體的質量不斷塌縮,就能隱蔽在事件視界(event horizon)  之內——這個界限內,其引力強大到連光都無法逃脫。

這就是“黑洞”。

連光線都無法逃脫,我們如何看到“黑洞”?

事實上, 當黑洞“吞食”其他天體時,吸入的物質在掉入視界面前會産生一個圍繞黑洞旋轉的吸積盤。當氣體朝著黑洞落下被加熱到數十億度高溫時,會發出強烈的輻射,會讓事件視界看起來像“剪影”。

電影《星際穿越》中的黑洞,電影藝術地表現了吸積盤的形態

我們説回EHT項目的觀測目標——人馬座A*。這個超大質量黑洞位于銀河係中心。盡管它比太陽重了400萬倍,但因為這個黑洞距離我們太遙遠(約兩萬六千光年),仍然很不容易看到。看到人馬座A*所需的分辨率是哈勃空間望遠鏡的2000倍。EHT項目組這樣形容其觀測難度: 相當于在紐約看清一個位于洛杉磯的高爾夫球上的每個小洞。

觀測黑洞視界的最佳波段約為1毫米,因為氣體在這個波段的輻射最明亮,而且無線電波也可以不被阻擋地從銀河係中心傳播到地球。接近黑洞時,無線電波就像是池塘裏的圓形漣漪,但是當其到達地球時,這些漣漪已經成為平面狀。在這個波長上為黑洞“拍照”,需要 口徑像地球一樣大的望遠鏡

這恰恰利于發揮射電望遠鏡“集團作戰”的優勢——天文學家將相隔一定距離的多臺射電望遠鏡觀測同一方位,甚至可以用多臺較小的望遠鏡得到超過大型望遠鏡的精度。這種模式被稱為甚長基線幹涉測量(Very—long—center  interferometry,簡稱VLBI)。

EHT項目使用到的望遠鏡包括:位于南極的SPT;位于智利的ALMA;位于智利APEX;位于墨西哥的LMT;位于美國亞利桑那州的SMT;位于夏威夷的JCMT;位于夏威夷的SMA;位于西班牙的IRAM  30m。(多説一句,這個項目還在不斷加新,比如位于格陵蘭島的GLT。在今後的觀測中也會大顯身手。)

這其中,最關鍵的成員要屬位于智利的ALMA,它的加入將EHT的靈敏度提高了十倍。

EHT利用世界不同角落的射電望遠鏡,組成網絡來模擬“地球級”望遠鏡。 每一個射電望遠鏡都收集並記錄來自于黑洞附近的無線電波信號,然後再將數據集成,並計算出事件視界的圖像。

為了得到清晰的圖像,必須保證無線電信號到達每個望遠鏡的時間極其精確。

觀測期間記錄的數據量也是海量。一次普通的五天觀測期間,每座望遠鏡會搜集約500TB的數據,整個數組産生的數據約7PB(等于7000TB),將裝滿1000至2000個硬盤。

這麼多的數據已經不可能靠網絡傳遞,EHT用最原始,也是最可靠的辦法——把硬盤用飛機運到位于美國馬薩諸塞州的MIT海斯塔克天文臺以及位于德國波恩的馬克斯普朗克電波天文研究所進行處理。

在那裏,超級計算機矯正光波抵達不同望遠鏡的時間差,並把所有數據集成。這些經過校準的資料被用來合成黑洞照片。 這些工作並不容易,“洗照片”的時間花了一年多,直到今天,我們才獲得這張照片。 而該項研究,或許會完善我們對黑洞、引力,甚至是對宇宙的認知。

來源 | 羊晚新媒體綜合羊城晚報·東區二樓、央視新聞、南方網、中國科普博覽

圖片、視頻 | 羊晚新媒體綜合羊城晚報·東區二樓、央視新聞、南方網、中國科普博覽

文字 | 部分來自羊城晚報記者 徐雪亮


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