黑洞照片

黑洞照片

黑洞照片(Photo of Black Hole)是由事件視界望遠鏡(Event Horizon Telescope)拍攝的距離地球5300萬光年的M87*黑洞的照片。

在2017年4月該計畫開始,經過大約5個夜晚的觀測,產生了4PB的數據,經過兩年多的整理數據,在2019年4月10日21點整召開的全球新聞發布會發布了黑洞照片。

基本介紹

  • 中文名:黑洞照片
  • 發布時間:2019年4月10日21:00整
  • 所用設備:事件視界望遠鏡
  • 所屬領域:宇宙學
照片來源,拍攝對象,M87*,選擇M87*的原因,拍攝器具,測量技術,拍攝目的,計畫開始,觀測完成,照片發布,意義,

照片來源

首張黑洞照片照片來之不易,為了得到這張照片,天文學家動用了遍布全球的8個毫米/亞毫米波射電望遠鏡,組成了一個所謂的“事件視界望遠鏡”(Event Horizon Telescope,縮寫EHT)。
從2017年4月5日起,這8座射電望遠鏡連續進行了數天的聯合觀測,隨後又經過2年的數據分析才一睹黑洞的真容。這顆黑洞位於代號為M87的星系當中,距離地球5300萬光年之遙,質量相當於65億顆太陽。

拍攝對象

M87*

此次科學家拍攝到的M87*,是一個超大型的黑洞。黑洞是一種體積極小而質量極大的天體,引力非常強,以至於周圍一定區域內連光也無法逃逸,這一區域被稱為“事件視界”。

選擇M87*的原因

黑洞有不同的尺度,此次科學家拍攝到的M87*,是一個超大型的黑洞。
事實上,要想拍到首先要能看到。即便能被看到,也不是所有黑洞都符合拍攝條件。黑洞的質量越大,就越適合成像,同時還要保證距離。簡單地說就是,距離我們近的超大質量黑洞才是優質的‘模特’。

拍攝器具

事件視界望遠鏡”就是為觀測黑洞的“事件視界”而設計的。它由分布在全球多地的射電望遠鏡組成,相當於一台口徑為地球直徑的超級望遠鏡,這就是“事件視界望遠鏡”項目。
全球從兩極到赤道共8個天文台全球從兩極到赤道共8個天文台
人類史上第一張黑洞照片誕生的背後是科學家們調動了全球從兩極到赤道共8個天文台的力量進行圖片數據拍攝,參與觀測的包括
智利阿塔卡瑪毫米波望遠鏡陣列(ALMA)和阿塔卡馬探路者實驗望遠鏡(APEX)、西班牙 IRAM 30 米望遠鏡、夏威夷 JCMT 與亞毫米波陣列(SMA)、美國亞利桑那州基特峰望遠鏡、墨西哥大毫米望遠鏡(LMT)、格林蘭島望遠鏡(GLT)以及南極望遠鏡(SPT)。
美國亞利桑那州的多鏡面望遠鏡美國亞利桑那州的多鏡面望遠鏡
可以把“事件視界望遠鏡”看作一個全球觀測網。它研究黑洞周圍的環境,能達到足夠的解析度來區分光被拉入黑洞時的狀況。而“事件視界”,其實就是黑洞最外層邊界的學名。這個像行星一般強大的望遠鏡,能拍攝到黑洞的邊界線,在它的幫助下,人們無法直接觀察到的黑洞,就眼見為實了。

測量技術

甚長基線干涉測量(Very Long Baseline Interferometry,VLBI)技術
這次黑洞成像的背後英雄還有甚長基線干涉測量技術VLBI利用廣為分布(距離可達上萬或幾十萬千米) 的射電望遠鏡,通過各台站獨立記錄信號和後期對信號的綜合相關處理,獲得一個大小相當於各台站之間最大間距的巨型(虛擬)望遠鏡。該技術可取得天文研究中最高的分辨本領。
甚長基線干涉測量技術甚長基線干涉測量技術

拍攝目的

通過對黑洞的直接觀測,科學家希望能夠在更強引力場環境下檢驗廣義相對論,直接驗證事件視界的存在,研究黑洞邊緣上的吸積和噴流行為,以及基礎的黑洞物理等。

計畫開始

EHT於2017年4月首次全面運行,並且在那一次的運行中就取得了全部的黑洞數據。期間,8台射電望遠鏡對準了一個位於銀河系中心的超大質量黑洞人馬座A*(Sagittarius A*), 以及一個M87星系中心的黑洞。其中,人馬座A*位於銀河系的中心,質量約為太陽質量的四百萬倍;另一個更大的黑洞是處女座星系的M87黑洞(Messier 87),質量是太陽質量的70億倍。
儘管它們都十分巨大,在EHT的照片上卻很小。據一位在EHT工作的天文學家說,人馬座A*黑洞的大小大約是50個微角秒(角度單位)的寬度。一個微角秒大概是從月球上看地球上一篇文章末尾的句號的大小。

觀測完成

最終,EHT對兩個黑洞總共觀測了約5個夜晚,產生了4PB的數據。採集的數據量如此之大,這也是為什麼時隔兩年後大眾才有機會一睹黑洞全貌的原因。
在照片問世的過程中,不同的望遠鏡要對各自採集的數據進行時間和相位的重新矯正,以實現多個數據的同步。這本身就是一項繁瑣的工作,而數據的後期處理更加耗費精力。如此巨量的數據,網路頻寬不夠傳輸,研究人員轉而將數據拷貝到硬碟上,通過快遞硬碟實體來交換數據,這竟然成為了比網路傳輸更快的方式。

照片發布

《天體物理學雜誌通信》於4月10日以特刊的形式通過六篇論文發表了這一重大結果。該黑洞圖像揭示了室女座星系團中超大質量星系M87中心的黑洞。該黑洞距離地球5500萬光年,質量為太陽的65億倍。

意義

此次拍到黑洞的正面照,將有助於科學家進一步驗證愛因斯坦廣義相對論等基礎理論,也有助於揭開更多未解謎團,包括位於星系中心的噴流是如何產生的、宇宙究竟有多大等。
拍到黑洞照片,只是人類認知黑洞的第一步。接下來,人類將進一步增加觀測望遠鏡的數量,希望用更短的時間拍出細節更豐富、角度更多樣的黑洞照片。未來,甚至不排除在外太空“搭建”清晰度更高的望遠鏡的可能性。

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