哈佛大學和史密森學會天體物理中心的事件視界望遠鏡(EHT)項目主任謝潑德·S·杜勒曼(Sheperd S. Doeleman)說:“我們拍攝了黑洞的第一張照片。”

曾經看不見的現在可以看出來了。黑洞,那些難以理解的奇點,可能存在於每個星系的中心,它們正在變得可見。事件視界望遠鏡揭示了有史以來第一幅黑洞的圖像,利用這幅圖像以及它背後的所有科學知識,它們可能有助於揭開宇宙中最大的謎團之一。

圖中的黑洞位於M87星系的中心,這是一個巨大的星系,位於處女座星系團中。它被稱為M87*,是一個龐然大物,大約是太陽質量的65億倍。M87*距離地球約5500萬光年。目前,我們只有M87*的照片,但是我們自己星系的黑洞--位於銀河系中心的人馬座A*的照片仍在拍攝中。

杜勒曼說:“這我們已經拍攝了黑洞的第一張照片,這是一個由200多名研究人員組成的團隊所完成的非凡的科學壯舉。”

黑洞的第一張照片

事件視界望遠鏡是一個由八個地面射電望遠鏡的行星規模陣列,通過國際合作研發而成,旨在捕捉黑洞的圖像。第一張圖像是M87星系中心的M87 *。

我們已經知道,或者非常確定我們知道它會是什麼樣子。甚至在一年前,EHT的科學家們還是相當肯定的,他們發佈了一張模擬圖像,顯示了黑洞的第一張圖像是什麼樣子的。但是在科學方面,除非你知道,否則你就是不知道。這就是為什麼這個圖像如此重要。

黑洞的第一張照片

2017年4月事件視界望遠鏡發佈的黑洞模擬圖

這幅圖像與天體物理學家的理論相吻合,顯示了從證據中發展出來的理論的力量。這這表明,儘管黑洞是神祕的,而且它們的終極本質在歷史上的這個時刻仍然是未知的,但我們仍然可以在它的邊緣尋覓。隨著時間的推移,我們可以消除越來越多的謎團,直到我們瞭解剩下的東西。

東亞天文臺(East Asian Observatory)的EHT董事會成員和主任保羅·T·P·霍(Paul T.P.Ho)評論道:“一旦我們確定我們已經對陰影進行了成像,我們就可以將我們的觀測結果與廣泛的計算機模型進行比較,這些模型包括扭曲空間的物理、過熱物質和強磁場。觀察到的圖像的許多特徵與我們的理論理解驚人地吻合,這使我們對觀察結果的解釋充滿信心,包括我們對黑洞質量的估計。”

德國歌德大學的EHT董事會成員盧西亞諾·雷佐拉(Luciano Rezzolla)詳細闡述說:“對一個理論家來說,理論與觀察的對抗總是一個戲劇性的時刻。認識到這些觀察結果與我們的預測非常吻合,這是一種解脫和驕傲。”

黑洞的第一張照片

由歐洲南方天文臺的超大望遠鏡拍攝的M87星系的光學圖像。M87*位於明亮團塊的正中心。

黑洞是極端的物體。它們的質量非常大,但就大小而言,它們是微小的。由於它們的極端性,它們以極端的方式影響環境。

當它們以巨大的引力把物質吸引到自己身上時,物質開始繞著洞旋轉,形成一個圓盤。離黑洞越近,物質的旋轉速度就越快。它加熱,釋放出我們能看到的能量。這是可以成像的光源,儘管M87*中心的奇點看不到。

黑洞的第一張照片

快速旋轉的超大質量黑洞想象圖,周圍環繞著一個吸積盤。這個由旋轉物質組成的薄圓盤是由一顆類似太陽的恆星的剩餘物組成的,這顆恆星被黑洞的潮汐力撕開了。碰撞碎片中的衝擊以及在吸積過程中產生的熱量導致了一束光,類似於超新星爆炸。

荷蘭拉德堡大學的EHT科學委員會主席海諾·法爾克(Heino Falcke)解釋說:“如果把黑洞浸入明亮的區域,比如一片發光的氣體,我們預計黑洞將產生一個類似於陰影的黑暗區域,這是我們以前從未見過的愛因斯坦廣義相對論所預測的東西。”這一陰影是由事件視界對光的引力彎曲和俘獲造成的,它揭示了這些迷人物體的許多性質,並使我們能夠測量M87黑洞的巨大質量。

黑洞的第一張照片

這位藝術家的印象描繪了巨大的橢圓星系梅西耶87(M87)中心的黑洞。這個黑洞被選為事件視界望遠鏡進行範式轉換觀測的對象。圖中顯示了黑洞周圍的過熱物質,以及M87黑洞發射的相對論射流。

EHT不是一個單一的望遠鏡。它更像是一個虛擬望遠鏡,更恰當地稱為超長基線干涉儀。這意味著他們已經連接了全球的無線電天線來觀察同一物體。這給瞭望遠鏡“很高的角分辨能力”。基本上,範圍越大,我們能看到的細節就越多。除了EHT外,沒有比地球更大的望遠鏡了。EHT的極高分辨率意味著它可以在月球表面看到一張信用卡。

EHT綜合了夏威夷、墨西哥、智利阿塔卡馬沙漠、南極洲和其他地方的射電望遠鏡設施的力量。他們產生的數據被帶到馬克斯·普朗克射電天文學研究所和麻省理工學院海斯塔克天文臺的計算中心,在那裡,特殊的原子鐘被用來校準和組合數據,生成這幅圖像。

如果人類的目標之一是瞭解自然,那麼事件視界望遠鏡背後的人就已經在路上了。來自200多名研究項目的研究人員將獲得更多的科學成果。

黑洞的第一張照片

為了預測黑洞的第一張圖像,喬迪·達維拉爾(Jordy Davelaar)和他的同事們建立了一個虛擬現實模型,模擬這些迷人的天體中的一個。他們的模擬顯示了一個被髮光物質包圍的黑洞。這個物質以漩渦般的方式消失在黑洞中,極端的條件使它成為一個發光的等離子體。然後發射的光被黑洞強大的引力所偏轉和變形。

這第一張黑洞圖片並不令人驚訝,但是EHT可能仍然會揭示出一些關於黑洞的令人驚訝的東西。

EHT聚焦於兩個黑洞:處女座的M87*和銀河系中心的人馬座A*。它們代表了兩種類型的黑洞。M87*發射物質射流,而人馬座A*沒有。我們不知道這是為什麼。

人馬座A*的圖像會出來的,敬請期待。也許EHT能夠回答為什麼有些黑洞會發射出這些相噴流,而為什麼有些黑洞不會。

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