赢馬论坛

 找回密码
 注册

QQ登录

只需一步,快速开始

扫一扫,访问微社区

53棋牌 万国 太阳城娱乐城
查看: 15943|回复: 0

[今日头条] 黑洞首照亮相形似“甜甜圈” 全球科学家合力验证广义相对论

[复制链接]
发表于 2019-4-11 10:57:32 | 显示全部楼层 |阅读模式
中秋节快乐

马上注册赢博,结交更多好友,享用更多功能,让你轻松玩转社众赢。

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?注册

x
赢马科技讯 综合新华社、路透社报道:神秘天体黑洞终於被人类“看到”了。美国东部时间10日9时(香港时间10日21时),全球多国约200名科研人员合作的“事件视界望远镜”(Event Horizon Telescope,EHT)项目发布了人类有史以来获得的第一张黑洞照片,即位於M87超巨椭圆星系中心的黑洞照片。包括中国科学院上海天文台在内的一些国内机构也参与了此次国际合作,团队中有中国内地学者16人。
黑洞.jpg

当日,美国华盛顿、中国上海和台北、智利圣地亚哥、比利时布鲁塞尔、丹麦灵比和日本东京等地同时召开发布会,以英语、汉语、西班牙语、丹麦语和日语发布项目重大成果。美国《天体物理学杂志通讯》以特刊形式通过6篇论文发表这一成果。

“人马座A*”好动难上镜

首张黑洞照片的“主角”是位於室女座超巨椭圆星系M87中心的超大质量黑洞。其质量是太阳的65亿倍,距离地球大约5500万光年。照片展示了一个中心为黑色的明亮环状结构,看上去有点像甜甜圈,其黑色部分是黑洞投下的“阴影”,明亮部分是绕黑洞高速旋转的吸积盘。

项目主任、美国哈佛─史密森天体物理学中心的谢泼德.杜勒曼在美国首都华盛顿说:“我很高兴地宣布,我们首次看到了曾认为不可见的东西……而这只是开始。”

在照片公布之前,外界都在猜测此次照片的主角究竟是M87,还是另一个位於银河系中心的黑洞“人马座A*”,“人马座A*”距离地球只有2.6万光年。最终,科学家们认为M87的超大质量黑洞更“上镜”,因为“人马座A*”像个好动的孩子,很难捕捉到清晰的照片。

在漠河读南沙群岛的报纸

要捕捉到5500万光年外的M87的黑洞,项目协作委员会主席、德国马克斯.普朗克射电天文研究所所长安东.岑苏斯打比方说:“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。”

全球各地的科学家合力完成了这项壮举。在2017年4月,“事件视界望远镜”项目启动,从智利阿塔卡马沙漠到南极冰原,从西班牙的高山到夏威夷的海岛,8个射电望远镜通过“甚长基线干涉测量技术”联合起来,模拟出口径约1.2万公里像地球一样大的望远镜。

“这些望远镜的分辨率相当於能在黑龙江漠河阅读南沙群岛上的一张报纸。”中方科学家、上海天文台研究员路如森说。

在2017年4月的七个日夜裏,这些望远镜成功拍到人类历史上第一张黑洞照片。观测数据於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,经过近两年的数据处理及理论分析后终於“冲晒”完成。

黑洞存在的最直接证据

人类关注黑洞的历史可以追溯到18世纪末。在万有引力定律提出约百年后,英国科学家约翰.米歇尔在1783年首次提出,可能存在引力强大到连光线也无法逃离的“暗星”。

1915年,爱因斯坦提出真正“预见”黑洞的广义相对论。但其实就连爱因斯坦也曾经不相信黑洞真实存在。不过,科学界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,这个词象征着它的黑暗和神秘。此后,科学界不断收穫关於黑洞的研究成果。迄今,黑洞的存在已得到多数天文学界和物理学界科研人员的承认。

今次的照片给出了黑洞存在的最直接证据,验证了广义相对论,也将帮助回答星系中的壮观喷流如何产生并影响星系演化等诸多前沿问题。

照片“冲晒”两年终面世

“事件视界望远镜”(EHT)2017年就开始给黑洞拍照,而到了2019年才发布成果,这张看似普通的照片为何“冲晒”了两年时间?事实上,这张照片得来颇为艰难。上海天文台介绍,首先观测窗口期非常短暂,另外望远镜观测到的数据量非常庞大,光是处理数据就要花费半年至一年时间。

在2017年的全球观测中,由於每台EHT距离相隔较远,甚至加入了南极和智利的望远镜,要保证全球的EHT同步观测两个黑洞,留给科学家的观测窗口期就非常短暂,每年大约只有10天时间。2017年的最佳观测期是在4月5日至14日之间。

“要知道,我们是全球8大望远镜同时观测,虽然这些射电望远镜没有实际连接,但借助氢原子鐘精确计时,各台望远镜实现了数据记录的同步。”中科院上海天文台台长沈志强表示,例如在南极观测的数据,“南极并不是任何时间都可以去的,比如我们4月去观测,可能9月才能再去拿回数据,这样的话,时间方面便又有了延长,但这个等待过程,也是非常令人期待的。”

据悉,ETH项目每晚产生数据量可达2PB(1PB=1000TB=1000000 GB),和欧洲大型质子对撞机一年产生的数据量差不多。由於异地观测,科学家无法实时分析比对数据,这些数据都被存储在高性能的充氦硬盘上,随后空运至马克斯.普朗克射电天文研究所和麻省理工学院海斯塔克天文台。在那裏,还要被称作相关处理机的高度专业化超级计算机对各个台站数据进行处理。最后,借助合作开发的新型计算工具,这些数据被精心处理并用来成像。完整的分析和生成过程花费了科学家半年至一年的时间。

认识黑洞历史 爱因斯坦最纠结

据凤凰网科技报道:全球多国科学家10日同时举行新闻发布会,展示事件视界望远镜拍摄的首张黑洞照片。这张照片提供了有关爱因斯坦广义相对论的信息。

很少有人比帮助确立黑洞存在的物理学家爱因斯坦(Albert Einstein)更讨厌黑洞。他1915年发表广义相对论,阐述物质如何引起空间和时间(时空)弯曲──就像把一个保龄球放在弹簧垫上、弹簧垫表面会向下凹陷那样。物理学家这样表述广义相对论:“物质引起时间和空间弯曲,空间和时间引起物质运动。”

就在广义相对论方程发表数个月后,德国科学家施瓦茨席尔德(Karl Schwarzschild)深化了爱因斯坦的方程,并得出令人不安的结论。他发现,如果一个物体的密度足够大,它最终将在时空中形成一个被称作奇点的“无底洞”。

到1960年代,奇点被称作黑洞,被认为是非常强大的引力陷阱,任何物体一旦进入,就再也无法返回。黑洞的引力场非常强大,即使是光也不能逃离事件视界(可理解为黑洞边界)。爱因斯坦认为奇点概念很荒谬,专门进行研究来批驳这一概念。但随着时间推移,越来越多研究人员发现了更多线索:施瓦茨席尔德古怪的想法可能是符合实际的。

科学家认为,一些恒星在“寿命结束”后会坍塌,而坍塌过程最后会形成施瓦茨席尔德所说的奇点。理论是伟大的,但眼见为实。今次的照片或许可以显示黑洞如何扭曲它周围的空间,解答长久以来的疑问。

港中大参与黑洞对撞观测


图:LIGO直接探测到两个黑洞在合併时所产生的重力波\索诺马州立大学

对於人类拍摄到有史以来首张黑洞照片“诞生”,香港中文大学物理系讲师梁宝建博士难掩兴奋心情,他接受大公报电话访问时说:“十多年前当研究生时,已期待这一历史时刻来临。”

梁宝建博士的研究範畴是天体物理和緻密星体,他回应大公报提问时表示,虽然中大未有参与今次“事件视界望远镜”的大质量黑洞照片拍摄项目,但中大方面持续进行有关黑洞方面的研究,与美国“镭射干涉仪重力波观测站”(LIGO)合作探测两个黑洞对撞产生之“重力波”。公开资料显示,香港中文大学物理系研究助理教授黎冠峰教授(见图)自2009年开始参与LIGO相关研究工作。

“重力波”是爱因斯坦广义相对论最重要的预言之一。梁博士说:“爱因斯坦提出的广义相对论,基本上符合人类对宇宙的观测,人类首次拍到黑洞照片,将验证广义相对论在极端重力下是否适用。”

被问到中大持续参与之项目与今次发表的研究有何分别,梁博士说:“之前都是一个全新的方法来研究黑洞,虽然我们确实知道黑洞的存在,但直到今天我们才首次有黑洞的照片。”

梁博士笑言,若然极端重力下有广义相对论无法圆满解释的地方,就表示该理论有进一步修正空间。从今次发布的黑洞相片和研究文章看,暂未见与广义相对论发生矛盾的地方,科学家构想之黑洞中间“影状物”,今次发布的相片似乎呈现出类似结构。

“天琴计劃”听音宇宙 年内射首星

全球第一张黑洞照片10日首次曝光公众,科学家现已可通过照片用肉眼看到黑洞的形态,而未来“听”到宇宙的声音也不再遥远。中山大学天文与空间科学研究院的院长李淼接受大公报访问时表示,探测引力波的“天琴计劃”,其第一颗卫星将在今年内正式发射。从前人类探测宇宙只能通过光学手段看到图像,现在利用引力波手段可以听到宇宙的声音,了解到以前无法探索和理解的宇宙。

早在5年前,我国科学家罗俊院士团队已提出自主的空间引力波探测计劃“天琴计劃”。据了解,“天琴计劃”方案是在10万公里高度的地球轨道上,部署三颗全同绕地卫星组成臂长17万公里的等边三角形编队,建成空间引力波科学探测系统。

李淼介绍,天琴计劃目前已经取得不少成就。去年1月在国内首次实现月地激光测距;5月自主研製的角反射器搭载嫦娥四号中继星“鹊桥”发射升空;今年除了发射首颗卫星外,还计劃在国际上首次实现超过地月距离的超长距离激光测距技术。

将带动湾区科技创新建设

“天琴计劃”还将带动粤港澳大湾区科技创新建设。“天琴计劃”带头人中科院院士罗俊曾透露,“天琴计劃”需要一系列高精尖的空间探测、控制技术和仪器设备作为基础,将为推进广深港澳科技创新走廊以及粤港澳大湾区国际科技创新中心的建设提供支撑。

黑洞探索Q&A

1.黑洞看不见怎麼拍?

虽然没人能看到黑洞的本体,但可以追溯到光子消失的“事件视界”,黑洞周围有两种发光方式:1)黑洞在吃掉周围的恒星时,会撕扯恒星的气体,形成旋转的吸积盘;2)黑洞有时会“打嗝”,将一部分吸积气体抛射出去,形成喷流。吸积盘和喷流都会因气体摩擦而产生明亮的光线。

2.为什麼要给黑洞拍照?

1)验证广义相对论中对黑洞的预言;2)观察吸积盘的极内部区域,理解黑洞是如何“吃东西”的;3)观察喷流产生的源头处,理解喷流的产生和方向。

3.什麼样的黑洞适合拍照?

黑洞阴影和周围环绕的新月般光环非常小,在拍照设备能力有限的情况下,应寻找一个看起来角直径足够大的黑洞作为对象。由於黑洞事件视界的大小与其质量成正比,这也就意味着质量越大,其事件视界越大,因此近邻的超大质量黑洞是完美的黑洞成像候选体。

4.人类已发现了哪些黑洞?

1964年,人类发现了第一个黑洞候选天体“天鹅座X-1”,它距离地球约6000光年,质量约为14.8个太阳,视界半径300公里,算是“胃口”非常小的黑洞。根据推算,银河系中应该存在上千万个恒星量级的黑洞,但目前得到确认的只有20多个,还有40至50个黑洞候选体。

资料来源:新华社、路透社

华16学者助拳贡献中国技术


图:10日,在中国科学院上海天文台举行的新闻发布会上,多位参与世界首张黑洞照片拍摄的部分中方团队成员合影\大公报记者倪梦璟摄

10日,事件视界望远镜(EHT)公布了首张距离地球5500万光年的黑洞照片。为了一探黑洞真相,一个通过国际合作而实现的、由八个地面射电望远镜组成的观测阵列逐渐形成,通过形成一个口径如地球大小的“虚拟”望远镜来捕捉黑洞的图像。2016年,中国科学家加入该计劃,与全球200多名顶尖科学家通力合作,超过16位来自中国内地天文学家更参与了全球对遥远超大黑洞的颠覆性观测,发挥了中国在甚长基线干涉测量(VLBI)技术探测方面的基础与优势,为M87黑洞成像作出了中国贡献。\大公报记者 倪梦璟上海报道

在此次EHT合作中,中国科学家在早期EHT国际合作的推动、EHT望远镜观测时间的申请、夏威夷JCMT望远镜的观测、后期的数据处理和结果理论分析等方面均作出了中国贡献。尤其是在毫米波VLBI协同观测方面,沈志强表示,中国在甚长基线干涉测量(VLBI)技术探测方面早有基础与优势,此前,上海天文台牵头VLBI测轨分系统圆满完成了嫦娥四号测轨任务,通过VLBI可协助远距离探测更清晰,更深入。

长期关注高分辨率黑洞观测

据了解,EHT观测使用了甚长基线干涉测量(VLBI)技术,观测波段是1.3毫米。世界各地的射电望远镜同步观测,同时利用地球自转,形成一个口径如地球大小的“虚拟”望远镜,达到的分辨率约20微角秒,观测效果足以在巴黎的一家路边咖啡馆阅读纽约街头的报纸。

沈志强表示,在2017年,EHT全球联合观测的2017年3-5月期间,上海65米天马望远镜和新疆南山25米射电望远镜作为东亚VLBI网成员共同参与了密集的毫米波VLBI协同观测,为最终的M87黑洞成像提供了总流量的限制。

“为什麼此次全球6地同时公布,上海成为不可缺失的一环,正是因为中国在黑洞观测中不断突显的实力与努力。”沈志强表示,中国科学家长期关注高分辨率黑洞观测和黑洞物理的理论与数值模拟研究,其实在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。

8年“苦力” 挑战艰苦环境

参与黑洞成像探索了8年的上海天文台研究院路如森,在讲述多年研究时笑称是“做苦力”。多年来,他需要登上4000多米高的高山,通宵观测,“享受”高山紫外线,搬运重磁盘……“虽然过程很辛苦,但是能够参与这个项目还是非常开心,最高兴的事情,当然还是看到黑洞照片的那一刻。”

路如森解释,地球上有大气层保护,意味着电磁波信号无法穿透大气层或者被吸收。鉴於此,想要準确在地球上观测“黑暗天体”,高山稀薄的空气反而成为了观测优势,但与此而来的是更多挑战。“比如记录数据就要衝氦,设备需要考虑到温度与材料的形变影响,我们的精确度需要到微米,这不是简单说说就可以完成的。”

同样,创建EHT亦是一项艰巨的挑战,需要升级和连接部署八个现有的射电望远镜来组成全球网络,而这些望远镜分布在各种具有挑战性的高海拔地区,包括夏威夷和墨西哥的火山、亚利桑那州的山脉、西班牙的内华达山脉、智利的阿塔卡马沙漠以及南极点。“我去过夏威夷的观测点,在那裏我们协助了观测,我们的同伴也‘上山’运动,血压、紫外线对於我们都是考验,但是这是值得的。”

您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

联系我们|网站地图|Archiver|赢馬策略论坛| ( 赢馬体育论坛 )

GMT+8, 2019-6-19 15:22 , Processed in 0.101223 second(s), 14 queries , Gzip On.

返回顶部