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标题: 为啥黑洞隔断近了，照相反而难了 [打印本页]

作者: 土著酋长 时间: 2022-8-13 10:31
标题: 为啥黑洞隔断近了，照相反而难了

天文学家公布银河系中心黑洞首张照片新华社发（变乱视界望远镜供图）
银河系中心黑洞隔断地球有2.7万光年之遥，它的巨细从地球上看去与从地球上看玉轮上的甜甜圈差不多。要给它成像，就必须要包管望远镜充足灵敏，能分辨的细节充足小，从而才气确保“看得到”“看得清”。
中国科学院上海天文台研究员路如森
继2019年人类首张黑洞照片发布后，又一黑洞的“真容”被拍摄到！北京时间5月12日，中国科学院上海天文台公布了银河系中心黑洞人马座A＊（Sgr A＊）的首张照片。举世其他5个都会（比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国台北、日本东京、美国华盛顿）也都与上海同步公布了这张令天文学家高兴的照片。
这张黑洞照片是由变乱视界望远镜（EHT）互助构造，通太过布在举世的射电望远镜组网“拍摄”而成，它的发布给出了银河系中心人马座A＊就是黑洞的实证，为明白这种被广泛以为居于大多数星系中心的“巨兽”提供了宝贵的线索。
“组合”举世射电望远镜为黑洞照相
由于黑洞不发光，以是我们看不见黑洞自身，但绕转黑洞的发光气体给出了其存在的信号。
广义相对论预言，黑洞存在，四周时空弯曲，气体被吸引着落。气体着落至黑洞的过程中，引力能转化为光和热，因此气体被加热至数十亿摄氏度。黑洞就像陶醉在一片雷同发光气体的豁亮地区内，看起来就像一片阴影，阴影四周围绕着一个由吸积或喷流辐射造成的、如新月状的光环。
“完成对黑洞的成像，将为证明黑洞的存在提供直接的视觉证据。”中国科学院上海天文台研究员路如森体现，银河系中心黑洞隔断地球有2.7万光年之遥，它的巨细从地球上看去与从地球上看玉轮上的甜甜圈差不多。要给它成像，就必须要包管望远镜充足灵敏，能分辨的细节充足小，从而才气确保“看得到”“看得清”。
想要到达上述要求，望远镜的口径就必要到达地球直径的长度。然而，现在地球上已有的单个望远镜最大口径也只有500米。没有地球那么大的望远镜，怎样才气给黑洞拍张合格的照片？天文学家想到了一个好办法——强强连合。EHT互助构造将分布在举世6个地理位置的8个射电望远镜“组合”起来，形成一个如同地球那么大的“假造”望远镜，它的灵敏度和分辨力都是亘古未有的。
2017年，这8个北至西班牙，南至南极的望远镜向选定的目的撒出一张“大网”，“捞”回海量数据，为我们勾勒出黑洞的边幅。但留给科学家的观测窗口期非常短暂，每年只有约莫10天时间。
除了观测时间上的限定，拍摄黑洞对气候条件的要求也极为苛刻。“由于大气中的水对这一观测波段的影响极大，水会影响射电波的强度，这就意味着降水会干扰观测。”中国科学院上海天文台台长、研究员沈志强说。
因此这8个望远镜地点之处均位于海拔较高、降雨量少少、晴天概率非常高的地域。
别的，要乐成成像还必须要求全部望远镜在时间上完全同步。观测期间，每一个射电望远镜都网络并记载来自目的黑洞附近的射电波信号，这些数据被集成用于得到变乱视界的图像。沈志强说：“为了确保信号的稳固性，EHT使用原子钟来确保其网络并记载的信号在时间上的同步。”
为银心黑洞提供首个直接视觉证据
科学家之前已观测到浩繁恒星围绕着银河系中心一个不可见的、致密的、质量极大的天体作轨道运动。这已猛烈暗示这个被称作人马座A＊的天体是一个黑洞，而这次发布的照片则提供了首个直接的视觉观测证据。
2019年，人类发布的第一张黑洞照片，捕获的是更迢遥星系M87的中心黑洞M87＊。只管M87＊比银河系中心的黑洞人马座A＊大了1500多倍，也重了1500多倍，但两个黑洞看起来格外相似。
“它们来自两种差异范例的星系，且具有极不雷同的黑洞质量，但当我们聚焦在这两个黑洞的边沿时，它们看起来又神奇地相似。”来自荷兰阿姆斯特丹大学的理论天体物理学家、EHT科学委员会连合主席萨拉·马尔科夫传授说：“这告诉我们，靠近黑洞的物体完全受广义相对论支配，我们在远地方看到的差异表象是由黑洞四周物质的差异造成的。”
只管人马座A＊离地球更近，但是为其拍摄照片却比M87＊艰巨过多。来自美国斯图尔德天文台、亚利桑那大学天文系和数据科学所的科学家Chi-kwan Chan表明道：“四周气体均以险些靠近光速的速率绕着人马座A＊和M87＊高速旋转。气体绕转M87＊一周必要几天到数周的时间，但对于小很多的人马座A＊来说，几分钟内气体即可绕转一周。这意味着在EHT观测人马座A＊时，该超大质量黑洞四周绕转气体的亮度和图案也在时间快速变革着。给人马座A＊照相有点像给一只正在追逐本身尾巴的小狗拍张清楚照片。”
这项效果的实现，集结了来自举世80个研究机构共300多名研究职员的奇思妙想。除了开发复杂的工具来降服人马座A＊成像面临的寻衅外，EHT互助构造还花了5年时间，用超等盘算机合成和分析数据，编纂了亘古未有的黑洞模拟数据库与观测效果举行严酷比对。
未来EHT将拍一部黑洞“影戏”
“现在我们能就这两个超大质量黑洞的差异睁开研究。”来自天文与天体物理研究所的科学家Keiichi Asada体现，“使用已有的两个质量相差1500倍以上的黑洞的照片，我们将可以进一步查验非常环境下的引力。”
人马座A＊的照片是由2017年EHT观测数据中提取的诸多照片组合制作而成的。在今后的2018年、2020年和2021年，EHT互助构造并未制止观测研究的脚步。而且，EHT的台站数目还在不停增长，在2018年新增长了包罗格陵兰望远镜在内的3个新的台站，观测阵覆盖范围进一步扩大。
在未来的操持里，更多的望远镜将被用来扩展EHT观测阵，譬如已经建成的欧文斯山谷射电天文台和即将制作的非洲毫米波望远镜。除了望远镜数目的增长，从2023年开始，EHT将举行0.87毫米波段的观测，相比于相怜悯况下的1.3毫米波段的观测，分辨率提拔了近50%。而人马座A＊和M87＊还是EHT互助构造最告急的科学观测目的，天文学家正在探究它们是怎样随时间变革的，并对其四周磁场睁开研究。
EHT数目的一连扩展和技能革新将使得科学家可以分享更多引人注目的天文照片，乃至是黑洞“影戏”。“运用下一代EHT拍摄如许一部银河系中心黑洞的‘影戏’，是天文学家的寻求。”沈志强说，“我们正在规划建立中国的亚毫米波VLBI望远镜，以期到场到对人马座A＊的24小时不停止的接力观测中。”
我国科学家恒久关注高分辨率黑洞成像研究。此次的EHT互助中，我国科学家积极到场了早期EHT国际互助的共同推动、EHT观测时间的共同申请、夏威夷麦克斯韦望远镜的观测运行，以及后期数据处置处罚分析等。
沈志强说：“我们还将把望远镜对准其他目的源，制作更多‘甜甜圈’。由于其他‘甜甜圈’更迷你，以是必要更高的角分辨率，建立空间望远镜或可以实现这一目的。”（记者何亮）
泉源：科技日报

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