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黑洞長啥樣?“照片”正在拍

作為宇宙中最黑暗品質最密集的物質, 黑洞為眾多科幻小說和電影提供了精彩的素材和設定。 只能在科幻電影裡看到的黑洞, 到底長啥樣?如今, 人類終於要給黑洞拍攝第一張“照片”了。

>>用啥拍?

由8個射電望遠鏡組成虛擬望遠鏡網路

從廣義相對論推知而來的黑洞, 確鑿地存在於無數觀測資料之中, 但我們並不知道它在現實中的真實模樣。 人類在2015年第一次聽到了兩個黑洞相互繞轉合併所產生的引力波之聲, 如今科學家們又在為親眼目睹黑洞真容而努力——人類終於要為黑洞拍下第一張真正的照片了。

就在今年的4月5日到14日之間, 來自全球30多個研究所的科學家們將開展一項雄心勃勃的龐大觀測計畫, 利用分佈於全球不同地區的8個射電望遠鏡陣列組成一個虛擬望遠鏡網路, 人類或將第一次看到黑洞的視介面。 這個虛擬的望遠鏡網路被稱為“事件視界望遠鏡”(EHT), 其有效口徑尺寸將達到地球直徑大小。

根據理論推算, 銀河系中應該存在著上千萬個恒星量級的黑洞, 可到目前為止, 我們只確認了20多個黑洞的存在, 此外還有四五十個黑洞候選體。

>>怎麼拍?

間接方式來探測黑洞

每年只有10天視窗期

由全球不同地區8個射電望遠鏡組成的“事件視界望遠鏡”5日開啟, 這個口徑相當於地球直徑的虛擬望遠鏡將在未來10天內嘗試觀測銀河系中心的超級黑洞“人馬座A*”。

黑洞是一種體積極小、品質極大的天體, 具有非常強的引力, 在它周圍的一定區域內, 連光也無法逃逸出去, 這一區域稱為“事件視界”。 “事件視界望遠鏡”實際上嘗試觀測的是黑洞的“事件視界”。

可是, 既然天文學家們根本看不到黑洞, 他們是怎麼確定“黑洞就在那裡”的呢?黑洞自身不發光, 難以直接探測, 大大小小的望遠鏡對於直接觀測遙遠黑洞力有不逮。 科學家們便只能夠“曲線救國”, 採用一些間接方式來探測黑洞——比如觀察吸積盤和噴流。 在某些時候, 恒星量級的黑洞會存在于一個恒星周圍, 將恒星的氣體撕扯到它自己身邊, 產生一個圍繞黑洞旋轉的氣體盤,

即吸積盤。 當吸積氣體過多, 一部分氣體在掉入黑洞視介面之前, 在磁場的作用下被沿轉動方向拋射出去, 形成噴流。 吸積盤和噴流兩種現象都因氣體摩擦而產生了明亮的光與大量輻射, 所以很容易被科學家探測到, 黑洞的藏身之處也就暴露了。

目前, 科學家們利用8個位於不同地方的望遠鏡在同一時間進行聯合觀測, 而且要保證所有8個望遠鏡都能看到黑洞, 從而達到最高的靈敏度和最大的空間解析度, 留給科學家們的觀測視窗期非常短暫, 每年只有大約10天時間(對於2017年來說, 是在4月5日到4月14日之間)。

>>難不難?

距離地球2.6萬光年

猶如給月球上的葡萄柚拍照

“人馬座A*”黑洞距離地球2.6萬光年之遙, 黑洞品質約相當於400萬個太陽,

所對應的視介面尺寸約為2400萬公里, 相當於17個太陽的大小。 按科學家的說法, 給“人馬座A*”拍照大體相當於“給月球表面的一個葡萄柚拍照”, 因此需要動用地球大小的虛擬望遠鏡。

給黑洞拍照並不容易, 無法即拍即得, “洗照片”更是耗時漫長。 射電望遠鏡不能直接“看到”黑洞, 但它們將收集大量關於黑洞的資料資訊, 用資料向科學家們描述出黑洞的樣子。 天文學家需要用幾個月來整理分析這10天獲得的觀測資料, 預計2018年發佈第一張黑洞“照片”。

無論我們最終得到的黑洞圖像是什麼樣子——是像電影畫面一般壯觀恢弘, 或只有幾個模糊的圖元點——“事件視界望遠鏡”都意義非凡, 這是我們在黑洞觀測史上邁出的重要一步。

觀測結果不僅僅是一張照片那麼簡單, 它一方面呼應著愛因斯坦的廣義相對論, 一方面也將幫助我們回答星系中的壯觀噴流是如何產生並影響星系演化的。 綜合新華社等

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