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[转贴] 首张黑洞照片今晚发布 预习资料在这里了

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发表于 2019-4-11 06:20:52 |显示全部楼层
人类历史上首张黑洞照片今晚揭晓。北京时间4月10日21时,全球六地(比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海、中国台北、日本东京和美国华盛顿)将联结召开新闻公布会,发布这一严重科学成果。 届时,澎湃新闻记者会在上海天文台的新闻公布会现场带来速递。而读者们在搬好小板凳坐等“吃瓜”的同时,不妨先快速预习一下与这项黑洞研究有关的背景资料。
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电影星际穿越当中的黑洞,周围的亮环是由气体造成的吸积盘(图片来源:电影《星际穿越》) 问:什么是黑洞? 答:根据爱因斯坦引力场方程的计算,如果大量物质集中于空间一点,奇点周围会构成时空扭曲的“视界”,一旦进入这个界面,连光子也无奈逃逸。 这个预测在1916年被提出来,不过,直到1967年,普林斯顿大学核物理学家约翰?惠勒才在一场讲座里初次使用了“黑洞”(black hole)这个词汇,并迅速流传开来。 问:既然看不见,怎么拍黑洞的照片? 答:尽管科学家们看不到黑洞的本体,但可以不断追溯到光子消逝的“视界”,这是我们能“看到”的极限。 黑洞周围的确会存在一些发光的现象,比如黑洞在吃掉周围的恒星时,会将恒星的气体撕扯到身边,构成一个旋转的吸积盘。黑洞有时候也会“打嗝”,一部分吸积气体味沿转动方向被抛射出去,构成喷流。 吸积盘和喷流都会因气体摩擦而产生璀璨的光线,以及其他频段的辐射。 问:怎么寻觅黑洞? 答:科学家们可以通过黑洞对周围天体的影响来间接地感遭到它的存在,尤其是它巨大的引力形成的时空扭曲,就像可以通过月亮的绕行轨道和速度来间接猜测地球的品质。 其次,上文提到过吸积盘和喷流会产生发光现象,伴随其他频段的辐射。 最后,黑洞与其他天体或另一个黑洞的相互作用会产生大量引力波,也是可探测的线索。

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发表于 2019-4-11 06:20:57 |显示全部楼层
问:有确认存在的黑洞吗? 答:有。人类探测到的第一例引力波信号,就是由双黑洞并合产生的。 人类发现的第一个强有力的黑洞候选天体是1964年发现的天鹅座X-1,距离地球约6000光年。天鹅座X-1有一个正在被它吃掉的“舞伴”,但伴星的品质却比它本身愈加大,引发了广泛的争议,其身份长期悬而不决,霍金都为此打过赌(并输掉了)。科学家们后来测得天鹅座X-1的品质约为14.8个太阳,视界半径300公里,应该是一个“胃口”非常小的黑洞。 目前,科学家们更为关注的一类黑洞候选系统是软X射线瞬变源。这类系统包含一个小品质的舞伴,通常处于宁静态,但会浮现间歇性的X射线迸发现象,间隔时间从数月到数十年不等。间歇性迸发的时候,就是探测黑洞的好时机。 根据理论计算,银河系中应该存在上千万个恒星量级的黑洞,现在得到确认的惟独20多个。 问:这次拍到了哪个黑洞的照片? 答:两个超大品质黑洞。一个是银河系中心黑洞Sgr A*,一个位于室女座的M87星系中心。之所以选择这两个目标,而不是银河系中更近的恒星级黑洞,是因为它们的视界从地球上看足够大。 长久以来,科学家们就发现几千亿颗恒星环绕着银河系中心转动,猜测出那里存在一个超大品质的天体。根据计算,Sgr   A*的品质大约相当于400万个太阳,视界半径约2400万公里。听起来足够大,不过,鉴于银河系中心黑洞远在2.5万光年(约24亿亿公里)之外,实际效果相当于在地球上观察一颗放在月球上的橙子,或者在北京看清上海一颗高尔夫球上的小坑。 M87中心的超大品质黑洞则达到了66亿倍太阳品质,视界范围大约是冥王星轨道的三倍。固然,因为距离更远的缘故,M87中心黑洞在地球上看的实际效果与Sgr A*可能相差不大。 问:怎么拍出分辨率这么高的照片? 答:全球望远镜组成阵列,联结观测,构成一个有效口径等于地球直径的大望远镜。这个虚拟的大望远镜叫做“事件视界望远镜”(EHT),由8台望远镜组成。分别是:南极望远镜(South  Pole Telescope);位于智利的阿塔卡马大型毫米波阵(Atacama Large Millimeter  Array,ALMA);位于智利的阿塔卡马探路者实验望远镜(Atacama Pathfinder  Experiment);墨西哥的大型毫米波望远镜(Large Millimeter  Telescope);位于美国亚利桑那州的(Submillimeter Telescope);位于夏威夷的麦克斯韦望远镜(James Clerk  Maxwell Telescope,JCMT);位于夏威夷的亚毫米波望远镜(Submillimeter  Array);位于西班牙的毫米波射电天文所的30米毫米波望远镜。它们在2017年4月对两个黑洞目标进行了联结观测。 从2018年起,又有格陵兰岛望远镜、位于法国的IRAM NOEMA天文台和位于美国的基特峰国立天文台加入后续的研究和校准工作。 全球一共60多个研究机构参与了研究,其中包括中国科学院下属的上海天文台、云南天文台等机构,以及华中科技大学、南京大学、中山大学、北京大学、中国科学院大学、台湾大学等高校。这也是中国上海和台北两地联结举办新闻公布会的原因。 问:2017年拍的照片,为什么现在才发布? 答:黑洞照片“拍”起来难,“洗”出来也难。虚拟的大望远镜阵列并非直接拍出了黑洞的图像,而是给出了许多数据,必需经历复杂的计算机解决过程。其中还有些缺失或含糊的部分,需要科学家们拼图。 此外,在2017年4月的联结观测以后,研究团队还进行了一些数据收集和校准的工作。
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