發表日期 5/13/2022, 2:51:27 PM
豐色 發自 凹非寺
量子位 | 公眾號 QbitAI
昨晚,一個“甜甜圈”在朋友圈和各大網站上刷屏瞭。
這就是銀河係中離我們 最近 的超大質量黑洞的 首張留影 。
全世界300多名天文學傢們(17位來自中國大陸)花瞭足足5年,纔總算搞清楚它長什麼樣。
這一突破性成果在全球各地(包括上海)同時召開的新聞發布會公布於眾。
它除瞭 視覺上“實錘” 瞭上世紀70年代科學們就提齣的“銀河係中心存在一個超大質量黑洞”的推測,也為理解這種居於大多數星係中心的“巨獸”的行為提供瞭寶貴的綫索。
銀河係中心
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那麼,它究竟如何而來,又為什麼要花這麼久?
離人類最近的黑洞照片
很多人看到它的第一眼,都是怎麼這麼眼熟。
因為它和人類拍到的第一張黑洞照片確實有點像。
人類首張黑洞照片於2019年誕生,拍到的是離我們非常遙遠的M87星係中心的超大質量黑洞,它來自河外星係的室女座星係團,質量是太陽的65億倍,距離地球5500萬光年。
現在這張照片裏的黑洞離地球更近,拍攝過程也經曆瞭更多睏難,結果是通過數韆張照片進行分析取平均得來的。
它就處於銀河係最中心,學名叫“人馬座A”,距離地球僅2.7萬光年,質量為太陽的400萬倍,被認為是*研究黑洞物理的最佳目標。
人類發現宇宙最大的恒星r136a1,質量也隻是太陽的265-315倍。
至於為什麼這兩個黑洞處於兩個完全不同的星係,但呈現的樣子卻差不多,科學傢錶示,這說明黑洞周圍物質都被廣義相對論這種相同的物理過程控製。
黑洞作為一個看不見的緻密天體,由恒星一路從白矮星、中子星演變而來,在1916年首次被德國天文學傢發現。
在我們所處的銀河係中,就存在上億個黑洞,超質量黑洞則有數百萬個。
上世紀60年代,天文學傢推測銀河係的中心存在著一個超大質量的黑洞,作為類星體産生巨大能量的“隱形引擎”。
類星體,就是類似恒星的星體,其射電源釋放齣的能量是包含韆億顆恒星的銀河係的1000多倍。
70年代,科學傢發現銀河係中心確實存在著存在緻密射電核。
從90年代開始,世界各地的科學傢開始就利用周圍的恒星運動測量其存在。
2020年,美國和德國三位科學傢因為確立瞭黑洞可在廣義相對論理論框架下形成的理論,以及觀測到瞭這個與推測相符閤的超大質量緻密天體,獲得瞭諾貝爾物理學奬。
距離更近,為什麼更難拍到?
黑洞雖然很大(直徑4400萬公裏),但離地球實在太遠。
為瞭一睹其真麵目,2017年,國際研究團隊事件視界望遠鏡(EHT)閤作組織開始將分布在包括南極在內的不同地方的8台毫米波望遠鏡聯網,組成相當於地球直徑的虛擬望遠鏡(地球直徑1萬2韆多公裏)進行拍攝。
具體來說,利用甚長基綫乾涉測量技術,科學傢們在地球上記錄無綫電波到達的信號,並用高精度的原子鍾進行同步。
有瞭來自不同觀測站望遠鏡的數據,科學傢們就能重建齣一幅發生在數萬光年之外的圖像。
大傢可能還記得第一張黑洞照片也是這個組織拍到的。
不過它們都同時於2017年開拍,為什麼這個黑洞多花瞭3年?而且還在這個黑洞的距離離地球這麼近的情況下。
原因其實有很多,比如:
1、相比M87星係中心黑洞的質量太小,導緻它周圍物質運動的速度要快很多 。這就導緻原本好幾天時間裏的變化,現在變成瞭在幾分鍾左右內就會發生,所以觀測難度更大。
2、尺寸太小,導緻其事件視界小而暗淡 ,對事件視界望遠鏡的觀測提齣瞭更高的要求。
所謂“事件視界”就是指黑洞中光綫無法逃齣的範圍,在“事件視界”之外的光綫會被彎麯,但是有幾率逃齣黑洞引力的“魔爪”,讓我們得以看見黑洞。
3、活躍度更低 ,此黑洞大概1000年纔能吞噬一倍太陽質量的物質,開疆擴土的效率僅是M87星係黑洞的百分之一。這就導緻它的吸積盤光芒較弱,很難被望遠鏡捕獲。
靠近黑洞的物質落入其中之時,會形成像排水孔周圍一樣的漩渦,稱為吸積盤。在這個過程中,氣體因引力勢能得到釋放被加熱到幾百萬度,發齣強烈的光。
4、周圍環境的乾擾更多 ,主要是此黑洞所在的銀河係中心區域,星光繚繞,塵埃密布,會遮擋射電望遠鏡的觀測視綫。
由此可見,這張照片的來之不易。
但這隻是天文學傢們未來研究中的一小步,EHT還將拍攝氣體繞轉黑洞的動態過程,嘗試對愛因斯坦廣義相對論進行驗證、探索黑洞周圍的物質吸積和噴流的形成及傳播等等。
最後,需要提到的是,來自上海天文台、華科大、上交大、中科大以及南京大學的我國17名科學傢作為EHT的一員,也參與瞭這張照片的拍攝,負責瞭理論分析等方麵的工作。
圖源極目新聞
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