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世界首張黑洞照片發布 中國天文學家參與
發布者:信息網絡教研部   發布時間:2019-04-11 10:32

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人類史上第一張黑洞影像(圖片來源:中國科學院上海天文臺)

人民網北京4月10日電(趙竹青)來自中國科學院上海天文臺的消息,北京時間今晚9時,事件視界望遠鏡(EHT)宣布已經成功獲得了超大黑洞的第一個直接視覺證據。

EHT是一個通過國際合作而實現的、由八個地面射電望遠鏡組成的觀測陣列,主要旨在通過形成一個口徑如地球大小的“虛擬”望遠鏡來捕捉黑洞的圖像。

《天體物理學雜志通信》于4月10日以特刊的形式通過六篇論文發表了這一重大結果。該黑洞圖像揭示了室女座星系團中超大質量星系Messier 87中心的黑洞。該黑洞距離地球5500萬光年,質量為太陽的65億倍。

EHT把地球上的望遠鏡“組合”起來形成一個口徑如地球大小的“虛擬”望遠鏡,所達到的靈敏度和分辨本領都是前所未有的。百年之前,愛因斯坦廣義相對論得到了首次試驗驗證。如今,作為多年國際合作的結果,EHT為科學家們提供了研究宇宙中最極端天體的新方法。

“我們捕獲到了黑洞的首張照片”,來自天體物理中心|哈佛大學及史密松寧學會的EHT項目主任Sheperd S. Doeleman說,“這是一項由200多位科研人員組成的團隊完成的非凡的科研成果。”

黑洞是一種被極度壓縮的宇宙天體,在一個很小的區域內包含著令人難以置信的質量。這種天體的存在以極端的方式影響著周圍的環境,讓時空彎曲,并將周圍的氣體吸引進來。在此過程中,氣體的引力能轉化成熱能, 因此氣體的溫度變得很高,會發出強烈的輻射。

“如此一來,黑洞就像沉浸在一片類似發光氣體的明亮區域內,我們期望著黑洞會形成一個類似陰影的黑暗區域。這正是愛因斯坦廣義相對論所預言的,可我們以前從未見過。”EHT科學委員會主席、來自荷蘭Radbound大學的HeinoFalcke解釋。“這個暗影的形成,源于光線的引力彎曲和黑洞視界對光子的捕獲。暗影揭示了黑洞這類迷人天體的很多本質,也使得我們能夠測量M87黑洞的巨大質量。”

多次獨立的EHT觀測通過多個校準以及不同的成像方法均揭示了一個環狀的結構及其中心的暗弱區域,即黑洞陰影。

“一旦我們成功對黑洞陰影成像,就可以將觀測結果與理論預言相比較,檢驗考慮了時空彎曲、超高溫及超強磁場等物理性質在內的大量模型。令人驚訝的是,我們所觀測到圖像的許多特征與理論預言相匹配”,EHT 董事會成員賀曾樸評論道,“這使得我們對觀測的理論解釋,包括對黑洞質量的測量,都充滿信心。”

創建EHT是一項艱巨的挑戰,需要升級和連接部署八個現有的射電望遠鏡來組成全球網絡,而這些望遠鏡分布在各種具有挑戰性的高海拔地區,包括夏威夷和墨西哥的火山、亞利桑那州的山脈、西班牙的內華達山脈、智利的阿塔卡馬沙漠以及南極點。

EHT觀測使用了甚長基線干涉測量(VLBI)技術,觀測波段是1.3毫米。世界各地的射電望遠鏡同步觀測,同時利用地球自轉,形成一個口徑如地球大小的“虛擬”望遠鏡,達到的分辨率約20微角秒,足以在巴黎的一家路邊咖啡館閱讀紐約的報紙。

參與此次觀測的望遠鏡包括ALMA、APEX、IRAM 30米望遠鏡、James Clerk Maxwell望遠鏡、大毫米波望遠鏡(LMT)、亞毫米波陣(SMA)、亞毫米波望遠鏡(SMT)和南極望遠鏡(SPT)。馬普射電所和麻省理工學院Haystack天文臺的專用超級計算機負責了對原始觀測數據的互相關工作。

EHT的建設和今天宣布的觀測結果源于數十年觀測、技術和理論工作的堅持和積累。這與來自世界各地的研究人員的密切合作是分不開的,是全球團隊合作的典范。13個合作機構共同創建了EHT,使用了既有的基礎設施并獲得了各種機構的支持。主要資金由美國國家科學基金會(NSF)、歐盟歐洲研究理事會(ERC)和東亞資助機構提供。

這一激動人心的成果受到了中國科學院天文大科學中心(CAMS)的支持,CAMS由中國國家天文臺、紫金山天文臺和上海天文臺共同建立,是EHT的一個合作機構(EHT共有3個合作機構)的成員。上海天文臺臺牽頭組織協調國內學者通過該合作機構參與此次EHT項目合作。

“對M87中心黑洞的順利成像絕不是EHT國際合作的終點站,”上海天文臺臺長沈志強研究員說。“我們期望也相信在不久的將來EHT會有更多令人興奮的結果。”

“我們已經取得了一代人以前認為不可能做到的事情”,Doeleman總結到。“技術的突破、世界上最好的射電天文臺之間的合作、創新的算法都匯聚到一起,打開了一個關于黑洞和事件視界的全新窗口。”

來源:人民網

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