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        人類成功獲得銀河系中心黑洞首張照片

        2022-05-26 10:24:51陸成寬
        科學(xué)導(dǎo)報 2022年27期
        關(guān)鍵詞:質(zhì)量

        陸成寬

        繼2019年人類歷史首張黑洞照片發(fā)布后,又一張黑洞靚照來了!北京時間5月12日21時07分,銀河系中心黑洞人馬座A*(Sgr A*)的首張照片在中科院上海天文臺揭開了面紗。

        全球其他5個城市(比利時布魯塞爾、智利圣地亞哥、中國臺北、日本東京、美國華盛頓)也都與上海同步公布了這張令天文學(xué)家興奮的照片。

        《天體物理學(xué)雜志通信》于5月12日以特刊的形式,通過10篇論文發(fā)表了有關(guān)黑洞照片的這一重大結(jié)果。這個黑洞距離地球有二萬七千光年之遙,質(zhì)量超過了太陽質(zhì)量的四百萬倍。

        這張黑洞照片是由“事件視界望遠(yuǎn)鏡(EHT)”項目組織實施獲得的。EHT把地球上的8臺射電望遠(yuǎn)鏡組合起來,形成了一個口徑如地球大小的“虛擬”望遠(yuǎn)鏡,為科學(xué)家們提供了研究宇宙中最極端天體的新手段。

        黑洞是一種密度極大的天體,具有非常強的引力,在它周圍的一定區(qū)域內(nèi),連光也無法逃逸出去,這一區(qū)域的最大邊界被稱為“事件視界”。實際上,EHT觀測的就是黑洞的“事件視界”。

        科學(xué)家之前已觀測到眾多的恒星圍繞著銀河系中心一個不可見的、致密的且質(zhì)量極大的天體運動。今天發(fā)布的照片就給出了該天體就是黑洞的實證,為理解這種被認(rèn)為居于大多數(shù)星系中心的“巨獸”的行為提供了寶貴的線索。

        因為距離地球?qū)嵲谔h(yuǎn),這個黑洞的大小看上去與從地球上看38萬千米遠(yuǎn)月亮上的甜甜圈大小差不多。為了給它拍這張照片,EHT對Sgr A*開展了多次夜間的觀測,每次連續(xù)采集好幾個小時的數(shù)據(jù),如同相機的長時間曝光。

        這是EHT合作組織繼2019年發(fā)布人類第一張黑洞照片,捕獲了位于更遙遠(yuǎn)星系M87中央黑洞(M87*)之后的又一重大突破。

        盡管M87*比我們銀河系中心的黑洞大1500多倍,也重1500多倍,但兩個黑洞看起來格外相似。

        “它們來自兩種不同類型的星系,且具有極不相同的黑洞質(zhì)量,但當(dāng)我們聚焦在這些黑洞的邊緣時,它們看起來神奇地相似?!眮碜园⒛匪固氐ご髮W(xué)的理論天體物理學(xué)家、EHT科學(xué)委員會聯(lián)合主席Sera Markoff教授說,“這告訴我們靠近黑洞的物體完全受廣義相對論支配,我們在遠(yuǎn)處所看到的不同表象是由黑洞周圍物質(zhì)的差異造成的?!?/p>

        盡管Sgr A*離我們更近,這張照片“拍起來”要比人類首張黑洞照片艱難得多。

        來自斯圖爾德天文臺、亞利桑那大學(xué)天文系和數(shù)據(jù)科學(xué)所的EHT科學(xué)家Chi-kwan Chan解釋道:“黑洞周圍的氣體均以幾乎接近光速繞著Sgr A*和M87*高速旋轉(zhuǎn)。氣體繞轉(zhuǎn)M87*一周需要幾天到數(shù)周時間,但對相對小很多的Sgr A*來說,幾分鐘內(nèi)氣體即可繞轉(zhuǎn)一周。這意味著在EHT觀測Sgr A*時,該超大質(zhì)量黑洞周圍繞轉(zhuǎn)氣體的亮度和圖案也在時刻快速變化著,有點像給一只正在追逐自己尾巴的小狗拍張清晰照片?!?/p>

        來自中科院上海天文臺的EHT合作成員路如森說:“確實,對銀河系中心黑洞首次成像觀測的數(shù)據(jù)分析耗費了EHT合作團隊的巨大心血?!绷硪晃粊碜陨虾L煳呐_的EHT合作成員江悟補充道:“研究團隊遍歷了極大的成像參數(shù)空間,才得以確定這張黑洞照片。”

        科學(xué)家對最終獲得兩個不同大小黑洞的照片尤其興奮,這為他們的對照研究提供了條件。他們已經(jīng)開始用這些新的數(shù)據(jù)來檢驗超大質(zhì)量黑洞周圍氣體行為的相關(guān)理論和模型。

        未來EHT的觀測研究的腳步不會停止,科學(xué)家的野心是在不久的將來拍攝一部黑洞“電影”。

        “拍攝一部銀河系中心黑洞的‘電影’,是下一代EHT的追求?!眮碜灾锌圃荷虾L煳呐_的EHT合作國內(nèi)協(xié)調(diào)人沈志強說,“我們正在規(guī)劃建設(shè)中國的亞毫米波VLBI望遠(yuǎn)鏡,以期參與到對Sgr A*的24小時不間斷的接力觀測中?!?/p>

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