澎湃新闻:幽暗的宇宙也美丽:首张黑洞影像是开始,未来将探索不止
发布日期:2019-04-11   来源:澎湃新闻
分享到:


背景时间4月10日21时07分,全球首张黑洞影响在上海发布。澎湃新闻记者 杨帆 图

数百年来人类关于黑洞的探索,终于得到影像印证。

北京时间4月10日21时左右,全球六地(比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海和台北、日本东京和美国华盛顿)通过协调召开全球新闻发布会,事件视界望远镜(EHT)公布了人类首张黑洞照片。

澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者在上海的发布会现场获悉,照片是对超大质量黑洞M87的成像,它位于室女座,距离地球5500万光年之遥,质量是太阳的65亿倍。

照片显示,黑洞M87的样子宛如新月,包括两个部分。中科院上海天文台研究员袁峰对记者解释,中心区域正是不发光的“黑洞阴影”,它的尺寸大约比“黑洞事件视界”大2.5倍。另一部分是围绕这个阴影发亮的圆环,黑洞本身是不发光的,圆环的光则是从吸积盘发出来的。

来自全球的合作

这张人类史上首次探索获得的黑洞影像,证实了1915年爱因斯坦广义相对论所预言的黑洞是存在的,更重要的是,它将帮助全球的科学家继续探索有关黑洞、引力甚至宇宙的认知。

“一旦我们成功对黑洞阴影成像,就可以将观测结果与理论预言相比较,检验时空弯曲、超高温及超强磁场等物理性质在内的大量模型。”事件视界望远镜(EHT)董事会成员贺曾朴评论道,此次观测到图像的许多特征与理论预言相一致,相信在不久的将来EHT会有更多令人兴奋的结果。

澎湃新闻记者从现场获悉,事件视界望远镜(EHT)是一个通过国际合作实现的、由八个地面射电望远镜组成的观测阵列,它使用了甚长基线干涉测量(VLBI)技术,观测波段是1.3毫米。

观测时,世界各地的射电望远镜同步观测,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。

通俗来讲,这个望远镜能够让人身在巴黎的一家路边咖啡馆里,直接阅读到纽约的报纸。

值得一提的是,16位中国科学家参与了此次观测项目,其中10位科学家还来到了发布会现场。澎湃新闻记者了解到,中国科学家运营了EHT望远镜,在观测上有贡献,在数据分析方面也有关键性的贡献,多位中国科学家定期讨论,分析观测结果。

“对M87中心黑洞的顺利成像绝不是EHT国际合作的终点站,”上海天文台台长沈志强研究员在发布会现场说:“我们期望也相信在不久的将来,EHT会有更多令人兴奋的结果。”


4月10日,中国科学院上海天文台天文大厦三楼,10位参与人类首张黑洞照片项目的中国科学家来到了现场。澎湃新闻记者 杨帆 图

从未停止的探索

幽暗的宇宙也美丽。回顾最近三百多年的历史,全球科学家们对黑洞的探索从未停过。

早在1784年,英国物理学家约翰·米歇尔(John Michell)就从理论上预言过这种神秘天体。他设想,有可能存在一种引力强到连光也无法从其周围逃逸的天体,他称之为“暗星”。

不过,由于“暗星”不可见,要想在空间中找到这样一个天体,对当时的科学家来说几乎是天方夜谭。这也使得在此后很长一段时间里,“暗星”的问题逐渐被搁置。

直到1915年,爱因斯坦广义相对论提出之后,黑洞研究迎来转机。

爱因斯坦将引力可视为时空扭曲,他在方程中预言,一个足够小而重的物体,能隐藏在事件视界之内,而在这视界内,引力强大到连光都无法逃逸。

基于此,1916年德国天文学家史瓦西求出了爱因斯坦方程的第一个精确解。他发现,任何具有质量的物体都存在一个临界半径——后被称作“史瓦西半径”。当一个恒星发生塌缩,收缩至史瓦西半径后,这个恒星将在自身引力作用下最终变成黑洞。

20世纪以来,越来越多的天文学家开始认真思考这种“太空监狱”存在的可能性。中科院国家天文台研究员苟利军向澎湃新闻介绍,1962年,新西兰物理学家罗伊·克尔解决了旋转黑洞(即克尔黑洞)的引力场和时空问题。

其后,这种“不可思议的天体”被美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒命名为“黑洞”。而英国物理学家霍金等人关于黑洞的研究,尤其是霍金关于黑洞熵和黑洞霍金辐射的研究,启发人们思考黑洞的内部。

2019年4月10日,全球六地共同公布了人类首张黑洞照片,即黑洞M87的影像,成为黑洞存在的直接“视觉”证据,数百年来人类关于黑洞的探索,终于得到影像印证。