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黑洞照片怎么拍的你知道吗?
时间:2019-04-11 11:25   来源:今日头条   责任编辑:莫小烟

川北在线核心提示:原标题:黑洞照片怎么拍的你知道吗? 据中国科学院发布消息,北京时间4月10日21点整,人类首张黑洞照片即将在全球六地同步发布。 多年来,事件视界望远镜(EHT)一直凝视着银河系的中心,试图获得一张人马座A*位置的照片,这是我们银河系中心特大的质量黑洞。 我们知道黑


  原标题:黑洞照片怎么拍的你知道吗?
 
  据中国科学院发布消息,北京时间4月10日21点整,人类首张黑洞照片即将在全球六地同步发布。
 
  多年来,事件视界望远镜(EHT)一直凝视着银河系的中心,试图获得一张人马座A*位置的照片,这是我们银河系中心特大的质量黑洞。
 
  我们知道黑洞本身实际上是不可见的,它们吸收所有的电磁辐射,这意味着我们的任何望远镜都无法探测到它们。
 
  那这次为什么可以得到一张照片呢,这张照片是怎么来的呢?
第一张黑洞照片是怎么拍摄出来的呢?

  黑洞模拟图

  为什么没有黑洞照片

  尽管黑洞在科学中是那么迷人,那样激发人的想象力,但没有哪位天文学家真正见过黑洞。

  黑洞是由大质量恒星自身坍缩而形成的,揭示了物理学的极限,是有着无限大密度,无限小体积的天体。没有任何东西可以逃脱,即使是光。

  天文学家推测,一些黑洞可能是在大爆炸后的早期混沌宇宙中形成的。

  试图观察黑洞的最大问题是,即使是超大质量黑洞(质量是太阳的数百万倍)也相对较小。

第一张黑洞照片是怎么拍摄出来的呢?

  我们天空中最大的黑洞是银河系中心的黑洞, 给它拍照就相当于在月球表面拍一张DVD。

  更重要的是,由于黑洞的强大引力,它往往被其他明亮的物质包围,这使得很难看到物体本身。

  这就是为什么在寻找黑洞时,天文学家通常不会尝试直接观测。相反,他们寻找黑洞引力和辐射影响的证据。

  通常测量恒星和气体的轨道,这些恒星和气体似乎围绕着天空中非常暗的‘点’旋转,再测量那个暗点的质量。

  如果测量的“点”(天体),得到质量比我们测量其他天体都大,而且颜色更黑暗,那么就会被认为这是一个黑洞。

第一张黑洞照片是怎么拍摄出来的呢?

  在我们星系中心的大黑洞周围甚至可能有多达20000个较小的黑洞。

  黑洞只有在消耗物质时才会释放x射线,但这些吞噬一切的黑洞实际上非常罕见。更常见的情况是,黑洞仍然无法被探测到。

  所以我们现在看到的很多黑洞的照片,只能说是艺术加工想象出来的图片。

  但是,从理论上看,看到视界(黑洞的边界称)是可能的,尽管并不容易。视界是黑洞外的一点,在那里光不再能达到逃逸速度。

  但这个视界很可能被一个吸积盘所包围,吸积盘是围绕黑洞旋转的一个明亮的、能量极高的物质环。

第一张黑洞照片是怎么拍摄出来的呢?

  事件视界望远镜分布

  这张照片如何拍摄的

  我们银河系的中心,在人马座和天蝎座的边界附近,存在着一个超大质量黑洞。

  这个被称为人马座A* (Sgr A*)的时空吞噬区域横跨2700多万英里的距离,据估计有一个吸光核心,是太阳质量的400万倍。

  由于它与地球的距离相对较近,相隔“只有”26,000光年,它也是少数几个被观测到影响附近物质流动的黑洞之一。

  准确的说,不是直接拍摄银河系中心的黑洞。实际上是要给它的影子拍张照片。它的侧影将在银河系中心辐射的背景下滑动。这张照片将首次揭示黑洞的轮廓。

  尽管人马座A* 的体积巨大,但它离我们足够远,所以对任何一台望远镜来说,捕捉到它都是巨大挑战。

第一张黑洞照片是怎么拍摄出来的呢?

  人马座 A*(Sgr A*)

  或许需要比哈勃太空望远镜分辨率高1000倍以上才能完成。不过,天文学家决定创造更大的望远镜——整个地球。

  2018年4月,天文学家同步了全球射电望远镜网络,以观察人马座A*的直接环境。

  这就是事件视界望远镜(EHT),一个虚拟的行星大小的天文台,能够在很远的距离捕捉到前所未有的细节。

  如果真正去建立一个巨大望远镜,这样的远镜可能会在自重下崩溃,所以组合了八个天文台,就像巨型镜子的碎片。

  这给了我们一个和地球一样大的虚拟望远镜——直径大约10000公里。

第一张黑洞照片是怎么拍摄出来的呢?

  哈珀太空望远镜

  “拍摄”及处理遇到的挑战

  八个天文台的射电望远镜以原子钟的超高精度相互锁定,捕捉到了大量关于人马座A*的数据。

  据欧洲南方天文台称,它的阿塔卡玛毫米/亚毫米波阵列望远镜(ALMA)是视界望远镜的合作伙伴之一,仅它就记录了超过1pb的黑洞信息。

  由于信息数据巨大,无法通过互联网传送,物理硬盘需通过飞机运送,然后输入位于马萨诸塞州剑桥市麻省理工学院海斯塔克天文台(MIT Haystack Observatory)和德国波恩市马普射电天文研究所(Max Planck Institute for Radio Astronomy)的计算集群(称为相关器)。

  然后研究人员必须整理和分析这些数据,之后就是等待了计算机结果。

第一张黑洞照片是怎么拍摄出来的呢?

  海斯塔克天文台

  在处理第一张“照片”的道路上第一个障碍是驻扎在南极洲的第八个参与射电望远镜。

  由于从2月到10月不可能有航班,南极望远镜捕捉到的最终数据集实际上是被“冷藏”起来的。2017年12月13日才到达了海斯塔克天文台。

  在磁盘预热之后,它们将被加载到回放驱动器中,并与其他7个天文台的数据进行处理。

  从而完成地球大小的虚拟望远镜,连接南极、夏威夷、墨西哥、智利、亚利桑那和西班牙的磁盘。

  完成记录比较需要大约3周的时间,之后可以开始对2017年EHT数据进行最终分析!

第一张黑洞照片是怎么拍摄出来的呢?

  最终的分析持续了整个2018年,由200多名研究人员组成的研究小组仔细研究了收集到的数据,并解释了可能会降低视界图像质量的任何误差来源(如地球大气中的湍流、随机噪声、假信号等)。

  他们还必须开发和测试新的算法,将数据转换成“天空中无线电辐射的地图”。

  好消息是现在等待已经进入倒计时,就在今晚,我们可以凝视宇宙中最迷人和可怕的天体之一的不祥阴影了。

  这张黑洞照片可能证明爱因斯坦是错的

  那么,一旦数字运算完成,我们会看到什么呢?有趣的是,一些科学家认为它可能看起来像电影《星际穿越》中精心制作的黑洞。

第一张黑洞照片是怎么拍摄出来的呢?

  电影《星际穿越》中的黑洞

  然而,与那个特殊例子中令人赏心悦目的壮观景象不同的是,人们预计视界所产生的光将是不对称的,而不是均匀的。

  正是在这些观测中,爱因斯坦的广义相对论将面临考验。

  通过照片我们能知道黑洞具有事件视界(一种时空的曲隔界线)的观点是否正确,以及对黑洞阴影的定量预测是否正确。

  如果广义相对论在某种程度上是错误的,那么我们最终应该能够从它的预测中看到偏差,比如我们星系大黑洞的阴影形状和行为。

第一张黑洞照片是怎么拍摄出来的呢?

  无论最终公布的图像是什么,它可能只会加深围绕这些神秘天文现象的疑问和敬畏,仅仅是工程本身就引发了这一历史性时刻。

  这是一个挑战,做一些从来没有尝试过的事情,这是通往黑洞冒险之旅的开始。

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