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见证天文物理最重大一刻,无形黑洞终于首次被拍下真面目!

发布时间: 2020年08月05日 作者:
见证天文物理最重大一刻,无形黑洞终于首次被拍下真面目!

今天,就是全人类见证宇宙黑洞的一刻!事件视界望远镜计画于今(10)日召开全球连线记者会,发表人类史上第一张「黑洞剪影」照片,与地球一样大的虚拟洲际望远镜拍下了位于 M87 星系中心的超大质量黑洞。你必须知道这次成就有两大重要意义:第一,科学家首次以「直接证据」证明黑洞存在;第二,爱因斯坦继续屹立不摇。

黑洞是全暗物体,基本上融入同样全黑的宇宙背景,我们无法直接看见黑洞在哪儿,加上黑洞一旦形成就会开始吸取附近所有物质、光线、电磁波,因此寻找黑洞是一件相当困难的工作。

过去,天文学家寻找黑洞都是透过间接证据,比如发现围绕着黑洞的吸积盘、黑洞喷出的相对论性喷流、重力波、恆星运动等去推测,儘管这些间接证据都很有力,但不是直接拍下黑洞,科学家心底总是会对未知事物存疑。

而事件视界望远镜(EHT)计画要做的工作,就是将分布在地球各地的电波望远镜以特长基线干涉技术连接起来,变成一台和地球一样大的巨型虚拟望远镜,使仪器的角解析度精确到足以直接观测黑洞事件视界(Event Horizon),应证爱因斯坦百年前的预测。

见证天文物理最重大一刻,无形黑洞终于首次被拍下真面目!

所谓事件视界就是黑洞整体的边界,更是我们所能拍到最接近黑洞本身的图像。今天,在美国华盛顿、台湾中研院、圣地牙哥、布鲁塞尔、日本东京、中国上海等全球 6 场连线记者会,天文学家终于发表了第一张直接对黑洞成像的照片,是位于距离地球 5,500 万光年、M87 星系中心质量达太阳 65 亿倍的超大质量黑洞。

根据爱因斯坦广义相对论的预测:黑洞乃宇宙高度压缩的物体,它的存在会使周遭时空扭曲,并加热周围物质使该区域发光;有光就有影,当黑洞浸在这个明亮区域时,爱因斯坦便预测黑洞自身会在其中无所遁形,本体将出现在一圈亮光中间的黑暗区域,只是我们从来没有见过,直到现在。

研究团队花了一年多时间处理庞大观测数据,将直接拍摄的图像与套用广义相对论的大量电脑模型图像双重比对(模型的参数值多到你我无法想像),最终确认两者无出入,爱因斯坦的等效原理去年才在一个极端三星系统验证无误,现在对黑洞的预测又再次经过了考验。

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事件视界望远镜观测波长为 1.3 公釐,角解析度达 20 微角秒,相当于你从巴黎路边咖啡馆读出美国纽约的一份报纸,如此锐利的「眼睛」告诉我们:M87 星系中心的超大质量黑洞,直径是太阳系 3 倍。

见证天文物理最重大一刻,无形黑洞终于首次被拍下真面目!

此次观测计画使用的 8 座电波望远镜(注),有 3 座是由台湾中研院支援运转(SMA、ALMA、JCMT),表明台湾对此次研究的重大贡献,这次成果发表对科学的重要性有三点,第一:揭开活跃星系中心的超大质量黑洞神祕面纱;第二,探索极限条件下重力理论的新工具;第三,成为研究黑洞相关天文物理(比如电浆物理)的先锋。

当然,这次发表只是天文物理学的另一个开端,由台湾主导的格陵兰望远镜(GLT)已加入黑洞观测计画,在接下来的二期计画,将把虚拟洲际望远镜的观测波长从 1.3mm 缩短至 0.4~0.8mm,或说解析度再提升 10 倍,届时,我们会看到更清晰的黑洞阴影。

注:参与观测此次黑洞事件视界的 8 座电波望远镜为:阿塔卡玛大型毫米及次毫米波阵列望远镜(ALMA)、阿塔卡玛探路者实验(APEX)、IRAM 30 米望远镜(IRAM)、詹姆士克拉克麦克斯威尔望远镜(JCMT)、大型毫米波望远镜(LMT)、次毫米波阵列望远镜(SMA)、南极望远镜(SPT)。见证天文物理最重大一刻,无形黑洞终于首次被拍下真面目!

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