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2019-12-04 17:02:19来源:励志吧0次阅读

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据新华社报道,“如果地球是平的,那使用这一技术可以从波恩看清纽约街头报纸上的字。”德国马克斯·普朗克射电天文研究所所长安东·岑苏斯对说,集合全球射电望远镜给黑洞拍照,有助于探索宇宙形成之谜。

人类首次拍摄到的黑洞照片10日将在全球多地同时发布,岑苏斯作为项目协作委员会主席及照片数据分析机构的负责人主持比利时布鲁塞尔的发布会。

发布会前夕,岑苏斯在德国波恩接受专访时介绍,这个项目的主要任务是拍摄两个黑洞。一个位于银河系中心,名为“人马座A*”,是距离我们最近的超大质量黑洞;另一个就是位于银河系邻近星系M87中心的黑洞,它的质量要大得多。它们是按人类“现有的能力”确定的“理想观测对象”。

即使最近的“人马座A*”,距地球也有2.6万光年,M87更是距离地球5500万光年。给这么远的对象拍照,需要举全球之力。岑苏斯说,这一名为“事件视界望远镜”的项目团队由来自全球的数百名研究人员组成,集合了分布在全球各地的多个射电望远镜

“我们很早就和国际合作伙伴一起,致力于将相关科技能力推进到毫米波等级。”岑苏斯说,给黑洞拍照主要应用的是“甚长基线干涉测量技术”,通过阵列望远镜,既能敏感捕捉微弱信号,又能拥有高分辨率,从而进行详尽观测。

据介绍,拍照工作大约两年前正式启动,位于欧洲、美洲、大洋洲和南极洲的8个天文台参与。观测数据于2017年4月完成收集,并在当年年底送到马克斯·普朗克射电天文研究所和美国麻省理工学院分析。2018年6月至11月,各地科学家基于这些数据进行图像构建工作。此后直至今年4月,是相关论文的撰写和同行评议阶段。

“我们取得的观察结果非常重要,质量也让人惊喜。”岑苏斯说,“我们希望借此验证广义相对论的有关预测,并了解星系的形成和演化。终极目标是从天文领域认识自然,了解宇宙的形成。”

谈到此次成果的全球多地同时发布,岑苏斯说,“这是因为这些地方有我们项目的重要参与者”。

岑苏斯肯定了中国同行的贡献。“中国科学院上海天文台直接参与了位于美国夏威夷的东亚JCMT望远镜对黑洞的观测,中国其他科研机构的多名研究人员也以不同形式参与了后期数据的分析和解读,”他说,“我们也希望,未来中国能有更多新的毫米波望远镜参与进来。”

岑苏斯表示,首次发布黑洞照片“只是开始”。“我们未来会扩大阵列望远镜的数量规模,提高灵敏度和分辨率,继续观测两个黑洞在不同阶段的变化,甚至对新的黑洞进行观察,拍摄新的、质量更好的照片。”

什么样的黑洞适合拍照?

事实上,黑洞并不是孤立存在的,黑洞的中心是一个奇点,它的周围存在大量气体,据黑洞研究专家、国家天文台研究员苟利军教授介绍,由于黑洞的强大引力,气体会朝黑洞下落。而当这些气体被加热到数十亿度高温时,便会发出强烈的辐射。同时,黑洞也会以喷流和风的形式向外喷射物质和能量。不过,虽说黑洞的阴影能被“看到”,但也不是所有黑洞都符合成像条件。由于黑洞事件视界的大小与其质量成正比,这也意味着黑洞的质量越大,事件视界就越大,也越适合成像。因此,距离我们近的超大质量黑洞是完美的黑洞成像候选体。用这一虚拟望远镜“拍照”的两个目前已知最优的候选体,一个是银河系中心黑洞Sgr A* ,一个是近邻射电星系M87的中心黑洞M87*。此前,距离地球2.6万光年的Sgr A*从未被直接看到过,但其附近的恒星会受到它的影响,因此科学家认为,它真实存在。此外,由于人马座的Sgr A*被宇宙尘埃和气体包围,观测难度大大增加。天文学家集中了位于南极洲、美洲和欧洲的6个地方的8台望远镜,组成“事件视界望远镜”,共同发射能穿透黑洞周围密集星云的窄频无线电波,来“对焦”这个著名的黑暗之地。为了增加探测灵敏度,“事件视界望远镜”(EHT)所记录的数据量非常庞大。2017年4月份的观测中,每个台站的数据率达到惊人的32Gbit/s,8个台站在5天观测期间共记录约3500TB数据(相当于350万部电影,至少要几百年才能看完!)。EHT采用专用硬盘来记录数据,再把它们送回数据中心进行处理。在那里,研究人员用超级计算机矫正电磁波抵达不同望远镜的时间差,并把所有数据做互相关综合处理,从而达到信号相干的目的。在此基础之上,通过对这些数据经过近两年时间的后期处理和分析,人类终于捕获了首张黑洞图像。

“事件视界望远镜”(EHT)项目是什么?

中国也有参与者2017年4月,“事件视界望远镜”启动对黑洞拍照,“冲洗”用了约两年时间。包括中国科学院上海天文台在内的一些国内机构参与了此次国际合作。此外,我国科学家长期关注高分辨率黑洞成像研究,在EHT国际合作形成之前就已开展了多方面具有国际显示度的相关工作。在此次EHT合作中,中国科学家在早期共同推动了EHT的合作并参与了EHT望远镜观测时间的申请,同时协助JCMT望远镜开展观测并参与数据处理和结果理论分析等,为EHT黑洞成像做出了积极的贡献。事件视界望远镜项目由13个合作机构组成,中国科学院天文大科学中心(CAMS) 是其中之一。CAMS由中国科学院国家天文台、紫金山天文台和上海天文台共同建立,其中上海天文台牵头组织协调国内学者参与了此次合作。中国科学院上海天文台研究员、副台长、学术委员会主任袁峰曾介绍,直接观测到黑洞相当于是给弯曲的时空拍照,需要望远镜有很高的分辨率。如果采用毫米波望远镜观测,根据公式测算,它的口径需要达到“地球直径”一样的长度。如果用光学望远镜需要达到几公里的口径,红外望远镜需要达到10-100公里口径。而人类目前建造最大的望远镜是口径只有500米的射电望远镜,位于我国贵州。要想“视线”触及远距离黑洞,并能穿透弥漫气体及高温气体,就需要有一个与地球体型相当的巨型望远镜才行,“事件视界望远镜”(EHT)完成的正是这个任务。事件视界望远镜并不是一个传统观念的观测平台,而是由位于美国、墨西哥、智利、法国、格陵兰岛和南极的天线组成观测阵列,根据加州大学伯克利分校天体物理学家贾森·德克斯特介绍:“这个观测计划是一个前所未有的实验,我们将获得更加清晰的黑洞周围图像信号。”他表示,如果这一技术走向成熟,那么可在未来几年内提供令人惊讶的观测结果。“从地球上观测人马座A *,就如同我们观测月球上的一颗柚子,但是事件视界望远镜却可以胜任这一任务,它的分辨率可以观测月球上一个大小接近高尔夫球的物体。”

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