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首张黑洞照片今晚公布 预习资料在这里了

首张黑洞照片今晚公布 预习资料在这里了
  人类历史上首张黑洞照片今晚揭晓。北京时间4月10日21时,全球六地(比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海、中国台北、日本东京和美国华盛顿)将联合召开新闻发布会,公布这一重大科学成果。
  届时,澎湃新闻记者会在上海天文台的新闻发布会现场带来速递。而读者们在搬好小板?#39318;?#31561;“吃瓜”的同时,不?#26009;?#24555;速预习一下与这项黑洞研究有关的背景资料。
  问:什么是黑洞?
  答:根据爱因斯坦引力场方程的计算,如果大量物质集中于空间一点,奇点周围会形成时?#24352;?#26354;的“视界”,一旦进入这个界面,连光子也无法逃逸。
  这个预测在1916年被提出来,不过,直到1967年,普林斯顿大学核物理学家约翰?惠勒才在一场讲座里首?#38382;?#29992;了“黑洞”(black hole)这个词汇,并迅速流传开来。
  问:既然看不见,怎么拍黑洞的照片?
  答?#26680;?#28982;科学家们看不到黑洞的本体,但可以一直追溯到光子消失的“视界”,这是我们能“看到”的极限。
  黑洞周围的确会存在一些发光的现象,比如黑洞在吃掉周围的恒星时,会将恒星的气体撕扯到身边,形成一个旋转的吸积盘。黑洞有时候也会“打嗝”,一部分吸积气体会沿转动方向被抛射出去,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,?#32422;?#20854;他频段的辐射。
  问:怎么寻找黑洞?
  答:科学家们可以通过黑洞对周围天体的影响来间接地感受到它的存在,尤其是它巨大的引力造成的时?#24352;?#26354;,就像可以通过月亮的绕行轨道和速度来间接推测地球的质量。
  其次,上文提到过吸积盘和喷流会产生发光现象,伴随其他频段的辐射。
  最后,黑洞与其他天体或另一个黑洞的相互作用会产生大量引力波,也是可探测的线索。
  问:有确认存在的黑洞吗?
  答?#27827;小?#20154;类探测到的第一例引力波信号,就是由双黑洞并合产生的。
  人类发现的第一个强有力的黑洞候选天体是1964年发现的天鹅座X-1,距离地球约6000光年。天鹅座X-1有一个正在被它吃掉的“舞伴”,但伴星的质量却?#20154;?#26412;身更加大,引发了广泛的争议,其身份长期悬而不决,霍金都为此打过赌(并输掉了)。科学家们后来测得天鹅座X-1的质量约为14.8个太阳,视界半径300公里,应该是一个“胃口”非常小的黑洞。
  目前,科学家们更为关注的一类黑洞候选系统是软X射线瞬变源。这类系统包含一个小质?#24247;?#33310;伴,通常处于宁静态,但会出现间歇性的X射线爆发现象,间隔时间从数月到数十年不等。间歇性爆发的时候,就是探测黑洞的好时机。
  根据理论计算,银河系中应?#20040;?#22312;上千万个恒星量级的黑洞,现在得到确认的只有20多个。
  问:这?#38395;?#21040;了哪个黑洞的照片?
  答:两个超大质量黑洞。一个是银河系中心黑洞Sgr A*,一个位于室女座的M87星系中心。之所以选择这两个目标,而不是银河系中更近的恒星级黑洞,是因为它们的视界从地球上看足够大。
  长久以来,科学家们?#22836;?#29616;几千亿颗恒星围绕着银河系中心转动,推测出那里存在一个超大质?#24247;?#22825;体。根据计算,Sgr A*的质?#30475;?#32422;相当于400万个太阳,视界半径约2400万公里。听起来足够大,不过,鉴于银河系中心黑洞远在2.5万光年(约24亿亿公里)之外,实际效果相当于在地球上观察一颗放在月球上的橙子,或者在北京看清上海一颗高尔夫球上的小坑。
  M87中心的超大质量黑洞则达到了66亿倍太阳质量,视界范围大?#38469;?#20901;王星轨道的三倍。?#27604;唬?#22240;为距离更远的缘故,M87中心黑洞在地球上看的实际效果与Sgr A*可能相差不大。
  问:怎么拍出分辨率这么高的照片?
  答:全球望远镜组成阵列,联合观测,形成一个有效口径等于地球?#26412;?#30340;大望远镜。这个虚拟的大望远?#21040;?#20570;“事件视界望远镜”(EHT),由8台望远镜组成。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。它们在2017年4月对两个黑洞目标进行了联合观测。
  从2018年起,又有格陵兰?#21644;?#36828;镜、位于法国的IRAM NOEMA天文台和位于美国的基特峰国立天文台加入后续的研究和校准工作。
  全球一共60多个研究机?#20849;?#19982;了研究,其中包括中国科学?#21512;率?#30340;上海天文台、云南天文台等机构,?#32422;?#21326;中科技大学、南京大学、中山大学、北京大学、中国科学院大学、台湾大学等高校。这也是中国上海和台北两地联合举办新闻发布会的原因。
  问:2017年拍的照片,为什么现在才公布?
  答:黑洞照片“拍”起来难,“洗”出来也?#36873;?#34394;拟的大望远镜阵列并非直接拍出了黑洞的图像,而是给出了许多数据,必须经历复杂的计算机处理过程。其中还有些缺失或模煳的部分,需要科学家们拼图。
  此外,在2017年4月的联合观测以后,研究团队还进行了一些数据收集和校准的工作。
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