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黑洞照片背后还有哪些疑问?专访国家天文台科学家

2019-04-11 点击:693 次

来源:腾讯网

封面新闻记者 柳青

北京时间4月10日晚9点,全球首张黑洞影像公布。

黑洞被誉为宇宙中最神秘天体——自身不发光,难以直接探测,密度大到连光都无法逃逸。而在10晚间公布的照片中,一个全黑背景下的橙红色的光环呈现在世人面前,这就是黑洞的样子吗?

远在英国参加平方千米阵(Square Kilometre Array SKA)学术会议的中国科学院国家天文台研究员陈学雷在黑洞照片发布后接受了封面新闻采访。在他看来,这张显得有些模糊的照片已十分出色了,“去年项目组的科学家们根据理论预测,模拟了黑洞照片,实际观测比模拟要复杂得多,而公布的这张跟实验室里的模拟照片已十分接近,我觉得十分理想了,证明这项技术是很有价值的。”

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项目科学家去年模拟的黑洞照片(陈学雷提供)

据了解,第一个被人类捕捉到影像的黑洞位于室女座一个巨椭圆星系M87的中心,距地球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。

陈学雷是国家天文台宇宙暗物质暗能量组首席科学家,他解释说,照片中心“黑洞洞一片”应该叫黑洞影子,实际的黑洞比这个影子小一些。“照片上橙红色是用来代表亮度的,并非实际颜色。而背景中看上去黑色区域也并不代表没有物质,只是亮度不够而已。”

人类关注黑洞的历史可追溯到18世纪末。1915年,爱因斯坦提出真正“预见”黑洞的广义相对论。然而,就连爱因斯坦也曾不相信黑洞真实存在。此后,多位科学家确实利用广义相对论计算得出,在宇宙中存在这样的天体。20世纪60年代,美国天体物理学家约翰·惠勒首次将“黑洞”作为一个科学术语提出。

上一次人类“听”到黑洞,是在2015年,美国激光干涉仪引力波天文台(LIGO)发现了两个黑洞合并的引力波信号。2017年,瑞典皇家科学院宣布将诺贝尔物理学奖授予美国科学家 Rainer Weiss、Kip S. Thorne 和 Barry C. Barish,用以表彰他们在引力波研究方面的贡献。

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中国科学院国家天文台研究员、宇宙暗物质暗能量组首席科学家、星系宇宙学部副主任陈学雷。

国家天文台行星科学家郑永春介绍说,“以前,我们只能探测到引力波,这次就可以看到引力波的源头——黑洞的样子。”

参与此次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在4月10日的发布现场表示,“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。”

电影《星际穿越》中对黑洞的呈现构成了不少普通人对这种神秘天体的第一印象,但此次发布的照片和电影中的呈现有着明显差别,是电影错了吗?陈学雷解释说,就像石头有很多种,黑洞是千差万别的,“电影里只是选择了一种特定参数展示,真实的情况也往往更加复杂。”

在黑洞周围,光线不能逃脱的临界范围被称为黑洞的半径或“事件视界”。为了捕捉到“看不见”的黑洞,2017年的4月5日到14日之间,来自全球30多个研究所的科学家们利用分布于全球不同地区的8个射电望远镜阵列组成一个虚拟望远镜网络。这个虚拟的望远镜网络被称为“事件视界望远镜”(Event Horizon Telescope, EHT),其有效口径尺寸达到地球直径大小。

参与观测的中方科学家、上海天文台研究员路如森10日解释说,“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。”

陈学雷对封面新闻表示,即使如此高分辨率的望远镜,得到影响依然是模糊的。但这就是大自然,这也意味着我们需要把技术进一步提升。”

黑洞照片。图片来源:事件视界望远镜合作组织

记者了解到,组成EHT望远镜分别是: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。

JCMT望远镜位于美国夏威夷州海拔4092米的Mauna Kea山顶,是目前工作在亚毫米波段的最先进的望远镜之一,它可以用来研究太阳系、星际尘埃和气体以及遥远的星系等的科学问题。JCMT所装备的SCUBA 2亚毫米波成像阵列探测器是国际领先的连续谱成像设备。随着2014年底东亚天文台(EAO)成立,中国作为EAO的成员机构之一正式参与接管JCMT的科学运行管理。从2015年2月起,该望远镜将由东亚天文台管理运行。作为EAO成员,我国将在今后5年拥有JCMT的部分观测时间。

陈学雷表示,天文学科是一个国际性很强的领域,“以前的问题是,自己的设备比较少,整体科学技术水平相对世界上最强的国家,还有差距。现在我们正在赶上,但需要一个过程。”

他表示,包括目前在建的最大综合孔径射电望远镜平方千米阵(Square Kilometre Array,缩写为SKA)项目在内,中国在很多天文观测和科研领域参与了国际合作。“现在已有了FAST(500米口径球面射电望远镜),我们一定要在这个基础上,不断提升自己,更加积极参与国际竞争与合作。”