关于黑洞的从入门到高级谈资 你想知道的都在这里了

1评论 2019-04-11 17:00:03 来源:央视财经 A股即将上演一场大戏!

  类史上首张黑洞照片面世!

  北京时间10日晚9时许,包括中国在内,全球多地天文学家同步公布首张黑洞真容。

  这一由200多名科研人员历时10余年、从四大洲8个观测点“捕获”的视觉证据,有望证实爱因斯坦广义相对论在极端条件下仍然成立。

  人类首次“看见”黑洞 爱因斯坦又说对了

  这是人类第一次凝视曾经只存在于理论中的天体——黑洞,一种体积极小、质量极大的天体,如同一个宇宙“吞噬之口”,连光也无法逃逸。

  露出真容的黑洞,位于室女座一个巨椭圆星系M87的中心,距离地球5500万光年,质量约为太阳的65亿倍。它的核心区域存在一个阴影,周围环绕一个新月状光环。

  百余年前,爱因斯坦的广义相对论率先对黑洞作出预言,从此成为许多科幻电影的灵感源泉。科学家陆续通过一些间接证据证实了黑洞的存在,但人类始终没有真正“看到”过黑洞。

  “这是人类获得关于黑洞的第一个直接视觉证据,证实了爱因斯坦广义相对论在极端条件下仍然成立。”参与国际合作的中方科学家、中国科学院上海天文台台长沈志强说。

  质量极其巨大的黑洞,是宇宙中的神秘存在。这次通过分布全球的观测点组成一个口径如地球大小的虚拟望远镜——黑洞事件视界望远镜,顺利实现在1.3毫米波长的观测,并经过长期的数据分析,成功“捕获”黑洞的影像。

  由于需要极高的灵敏度,组成全球网络的8个射电望远镜分布在多个高海拔地区,包括夏威夷和墨西哥的火山、西班牙的内华达山脉、智利的阿塔卡马沙漠、南极点等。“这些望远镜的分辨率相当于能在黑龙江漠河阅读南沙群岛上的一张报纸。”中方科学家、上海天文台研究员路如森说。

  “看”得远、“看”得清仍然不够,给黑洞拍照还要“看”得准。“观看电视节目要选对频道,黑洞影像也必须在合适的波段才能观测。”路如森说,最佳波段在1毫米附近,这一波段的黑洞光环最明亮,而背景“噪音”又最小。

  该国际合作项目负责人、哈佛大学教授谢泼德·多尔曼表示,过去10多年里,技术的突破、全球天文台的合作等,让人类最终打开了一个观测黑洞的全新窗口。

  黑洞入门到高级谈资,看看你在哪个级别

  作为人类首张黑洞照片,看起来似乎比电影中的黑洞更梦幻。跟你想象中的一样吗?

  无论在你想象中是什么样子的,这绝对都是人类的高光时刻——

  在你奔走相告前,我们备好了从入门级到初级、从中级到高级的谈资,下面请对号入座,看看你在哪个级别。

  入门级:黑洞是怎么形成的?

  当超大质量的恒星衰老时,它的热核反应耗尽了中心的燃料,在外壳的重压之下,恒星会发生坍缩,最后形成体积接近无限小密度几乎无限大的质点,这就是奇点。

  黑洞,所有的质量都集中于此。奇点周围会产生一个强大的引力界面,光也无法逃脱,黑洞就这样诞生了。

  这种天体的存在以极端的方式影响着周围的环境,对周围的恒星、气体的运动产生巨大影响,黑洞周围还会产生明亮的吸积现象,以及非常壮观的喷流现象,这些奇美的宇宙现象也间接暴露了黑洞的存在。

  中国科学院国家天文台研究员苟利军:光既然都逃脱不出来的时候,我们就看不到,它是一个黑色的球体,另外一方面东西掉进去就出不来,所以我们称之为叫做黑洞。

  黑洞是从广义相对论推演出来的,没错最开始就是人类猜想出来的……

  然而后来发现,一切好像都和我们猜想的是一致的!

  中科院上海天文台台长EHT国际合作成员沈志强:按照爱因斯坦理论,尽管黑洞在这个视界里面是任何光线都出不来,但是在黑洞的边缘,很靠近黑洞的周围,它的强引力场会使得光线产生弯曲,或者会产生一种透镜效应。

  让时空弯曲,并将周围的气体吸积进来,发出强烈的电磁波辐射。如此一来,黑洞就像沉浸在一片类似发光气体的明亮区域内,会形成一个类似阴影的黑暗区域。

  而这些黑洞阴影,是我们能看到的最接近黑洞本身的图像。“事件视界望远镜”也正是通过对黑洞阴影直接成像,揭示了黑洞的巨大质量等很多神秘信息。

  初级:这次被拍到的黑洞是谁?

  虽然名字都叫黑洞,但长得可不一样。就像人有高矮胖瘦之分,黑洞家族也可分为三类:

  第一类:个头和质量最小的——恒星级黑洞(质量是太阳的几十倍~上百倍);

  第二类:身材中等的——中等质量黑洞(质量大约是太阳的几千倍~几万倍);

  第三类:黑洞中的巨无霸——超大质量黑洞(质量在太阳的几百万倍以上)。

  恒星级黑洞太小了,以现有的技术,直接拍到它们的真容几乎不可能。

  所以昨天亮相的主角,是超大质量黑洞!

  超大质量黑洞可以算是大BOSS,这种级别的黑洞,甚至有上百亿个太阳质量之巨!

  这一次联合观测的两大候选黑洞,就是位于银河系中心的Sgr A*黑洞和银河系外的M87黑洞!

  可以看到,Sgr A*离我们近,但质量小,M87虽然离得远,但质量够大!在地球上看两者大小比较接近,因此就成了拍照的首选!

  M87的黑洞质量大约是太阳的64亿倍,也是宇宙中最大的黑洞之一,而科幻电影《星际穿越》中的卡冈图雅黑洞也不过是太阳质量的1亿倍!

  中级:黑洞是怎么被拍到的?

  黑洞是一种质量极大的天体,具有非常强的引力,在它周围的一定区域内,连光也无法逃逸出去,这个边界称为“事件视界”。

  “事件视界望远镜”项目由全球多个国家和地区的科研人员组成,他们利用分布在世界各地的射电望远镜,组成一台巨大的虚拟望远镜,其口径相当于地球直径。

  2017年4月,“事件视界望远镜”启动对黑洞拍照,“冲洗”用了约两年时间,包括中国科学院上海天文台在内的一些国内机构参与了此次国际合作。

  高级:为什么照片要“洗”2年?

  简单来说,就是需要修图——

  因为与其说是拍照片,倒不如说是测了一大堆的数据,必须要做可视化处理。这个数据非常非常非常地大……

  而且,地球上没有人知道这图到底对不对啊,所以科学家还得使用不同的解题思路,验证结果对不对。

  这几年,多国的科研团队就是分头再做这些处理和验证的事情。

  有人疑问耗费这么多时间精力去拍一张照片到底有什么用。

  黑洞来自于相对论,相对论作为基础物理学理论是否准确,事实上影响着地球上一切,包括通信、能源,等等。

  而且从科学上说,并没有“有用”“无用”之分,一切未知都值得去探索。

  作为广义相对论最重要的预言之一,黑洞一直是最神秘,甚至最令人神往的存在。

关键词阅读:银河系

责任编辑:Robot RF13015
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