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黑洞探索新目标:为黑洞录影

文章来源:    时间:2019-10-09

拍摄到第一张黑洞照片的国际合作组表示,人类很快就能像看电影一样观看黑洞的活动了。和好莱坞电影经历的发展一样,开始可能分辨度低一些,以后图像质量将不断提升。

今年早些时候,国际合作团队利用视界望远镜(EHT)拍到了第一张黑洞的照片,获得300万美元的“突破奖”。现在该团队在研究如何拍摄黑洞活动的视频,目标选定第一张黑洞照片里的M87(室女A星系)和我们银河系中心黑洞人马座A(Sgr A*)这两个黑洞。

拍摄对象的选择

EHT团队负责人杜勒曼(Shep Doeleman)告诉《商业内幕》(Business Insider)新闻网,M87中心黑洞的质量是太阳的65亿倍;而我们银河系中心Sgr A*黑洞的质量只有太阳的400万倍左右。

这意味着Sgr A*黑洞周围的吸积盘比M87中心黑洞的吸积盘小很多,因此科学家认为吸积盘围绕Sgr A*黑洞转一圈大约只需几小时,而M87中心黑洞的吸积盘转一圈大约要几周的时间。

杜勒曼说:“观测M87的黑洞,前后一周可能不会有太多不同;而对Sgr A*观测一个晚上,就能看到吸积盘绕黑洞已经好几圈。”因此,对M87的录影计划需要拍摄长达几个月的时间。

相当于地球大小的虚拟望远镜

EHT由分布在世界各地的8个观测台组成。它们组合在一起,相当于一台有地球这么大的虚拟望远镜。目前只能拍摄照片。

研究团队表示,他们计划2020年增加到11台望远镜、以及改进EHT网络计算机处理能力,使其能够处理目前10倍的数据量,就可以胜任录影的任务。在之后4年,再增加更多望远镜,将大幅提升视频的质量。

杜勒曼说:“当增加到20台望远镜的时候,将是一个飞跃。我们将获得高质量的影像。”

再者,如果将来还能结合地球轨道上的太空望远镜共同观测,组合之后的虚拟望远镜的规模将更大。

第一张黑洞照片的意义

在今年拍摄到这张照片之前,所有对黑洞的认知都来源于理论推测。正因为黑洞强大的引力让周围一切,包括光线都无法逃逸,因此要拍摄到照片很困难。通过遍布全球各地望远镜的合作,人类终于实现了这一突破。

这张照片让科学家十分高兴,因为它证实了很多关于黑洞理论的正确性。

黑洞周围由大量来自死亡星体的超高温气体和尘埃组成的吸积盘,围绕黑洞高速旋转。科学家看到M87中心黑洞的吸积盘相当大,比我们整个太阳系都大。还看到了神秘的事件视界,这个边界以内引力强大到任何物体都无法逃逸。

杜勒曼说,这张照片提供了很多信息。“它告诉我们黑洞周围有着接近光速运动的气体;告诉我们这个黑洞在宇宙中的朝向;证实了爱因斯坦理论关于黑洞边界处引力的理论。一旦我们找到这样一个探索宇宙内部机制奥秘的工具,这立刻激励我们想用它进行更多的探索。”

拍摄黑洞影像的意义

杜勒曼说,将来收录的视频能揭示照片不能揭示的秘密,比如黑洞如何吞噬恒星、如何与周围环境互动,及其发展演化的情况。

“我们能看到黑洞演变的实时情况,了解(黑洞)南北极的喷射物、黑洞如何与星系共同发展,通过观察围绕在黑洞周围的物质,还能从完全不同的方式检验爱因斯坦的相对论。”

有的人可能想,现在不是经常看到黑洞吞噬恒星的观测吗?杜勒曼说,目前的观测是从最终抵达地球的强烈射线数据中分析所得。将来这个项目拍到的视频,将能看到事件进展的整个过程。

杜勒曼把这个过程比作好莱坞电影的发展。几十年前,刚拍摄的影片即便看起来颗粒很粗糙,已经相当令人振奋,之后技术在不断改进。

“不少年轻的科学家已经在首张黑洞照片的基础上开展研究工作了,”杜勒曼说,“我们在开辟一个全新的领域,未来几年将有很大发展。”◇

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