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这张黑洞的照片为什么会如此重要呢

来源:水星 时间:2023/5/21
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年4月4日一些位于地球各地山上的特殊望远镜同时开启,在接下来的一个星期里,他它们齐齐闪烁,收集从银河中心和M87星系发出的无线电波。这些特殊的望远镜共同组成了事件视界望远镜,这个全球项目是在捕捉有史以来第一张黑洞照片。

自从物理学家在几个世纪前首次构想出黑洞以来,迄今为止,我们的教科书和航天局的每一张黑洞的图像都只是说明性的。几个世纪以来,物理学家们一直觉得一个质量和密度足够大的物体,可以在其重力场中捕捉到光,就像你离开地球要比离开月球要快得多一样。他们认为可能会有一个地方你必须以比光速还快的速度才能逃离,没有什么比光速更快的了。爱因斯坦一般相对论的数学理论,描述了我们在一个叫做事件视界的边界上完全看不到的区域,而在黑洞的中心是一个奇点,一个无限密度的点,这就是我们所知道的物理现象。

最终科学家们发现,只有假设黑洞真实存在,有些事情才说得通。比如绕银河系中心运转的这些恒星的轨道,我们还可以看到在黑洞周围盘旋的发光物质,摩擦使这个物质加热到数千万度。任何热的东西都会发出X射线,这样我们可以用地球大气层上方的望远镜探测到。

上面这是一对相遇后彼此穿过对方的星系,这儿至少有9个疑似黑洞,但你只能在X射线层时才能看到它们。这些点是与30~亿光年外的星系中心的疑似超大质量黑洞有关的x射线源。一些超大质量的黑洞也有了巨大的粒子喷流,这可以从M87星系的无线电波数据中看出。M87星系的黑洞比银河系中的大得多,没有其他已知的能源,可以为这些东西提供动力,除了两个黑洞相撞之外,我们所知的一切都不可能产生。

科学家们在年探测到的引力波,他们觉得宇宙中到处都是大大小小的黑洞,我们可以看到它们的痕迹,但却从未拍到过照片。黑洞直接成像是不可能的,因为看上去他们要么太小,要么太远,要么两者都有。人马座A星是银河系中心的黑洞,质量相当于万个太阳。但它可以在水星轨道中运转,从地球上成像来看,他就像在月球表面拍一张DVD的照片,其中还夹杂着巨大的尘埃和气体云。

要想捕捉到黑洞图像,首先必须要有一些光,然后它们必须要穿过地球大气层,最后它们落在其波长为13毫米的无线电频谱的高端高频段。有了这波长和世界上的8台8个天文台,只要天气配合事件视界望远镜,就有机会看到黑洞。要想让所有望远镜都能同时看到黑洞时,那必须得保证这所有的地方天气晴朗。他们一年只能观察一次,而这涉及到的数据实在是太多了。

这种多台望远镜的方法被称为甚长基线干涉测量,它将与来自遥远望远镜关联时间戳数据,以此来增强信号,消除噪音。每一组望远镜都是拼图的一部分,但这张照片并不是在那之后突然出现的。他们让四个小组花了一个多月的时间,来生成最能代表数据的图像。每个小组都是独立工作的,就像与其他组隔离一样,并使用相同的数据,看看每个组最后得到的图像是否相同。

所有的这些工作的结果就是这张图片,亮的部分是物质和围绕黑洞旋转的光,黑暗的地方是黑洞的阴影,包括事件视界加上一个光可以逃逸的区域。人类的第一张黑洞图像并不像图解或电影中的那样清新美丽。这张我们看到的图片,是由穿越宇宙的碎片和一些光线组成的。这些天文望远镜,收集了这些碎片和光线,然后用超级计算机合成这张图片,所以这就是为什么它是真实的了。

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