为了看一看真正的黑洞长什么样子,同时考虑到给黑洞拍张照片并不是那么容易,人类决定联合起来,采用全球合作的方式一睹黑洞“真容”,这便是此次事件视线联合项目的由来。
在此之前,虽然人类发明天文望远镜已有好几百年,但是想要观测那遥远的黑洞,目前单独依靠某个天文望远镜是根本不可能的。
因此,在过去10多年时间里,麻省理工学院的科学家们联合了其它研究机构的科研人员,开展了激动人心的“事件视界望远镜”(EHT)项目。
EHT项目,如今是由全球200多位科研人员共同达成的重大国际合作计划,通过“甚长基线干涉技术”和全球多个射电天文台的协作,构建一个口径等同于地球直径的“虚拟”望远镜,以用于黑洞探测。
听起来就很激动人心有没有?
既然已有的单个天文望远镜都不够大,那我们就联合起来,在地球上建一个口径跟地球直径一样长的望远镜!这样类似的一幕,小编表示似曾相识——
在年初实现口碑与票房双丰收的科幻电影《流浪地球》中,全人类为寻找新的家园而举全球之力,在世界各处建造起助推器,令地球得以开启流浪计划。
电影《流浪地球》中的“助推器”
EHT的“8只眼睛”,分别位于美国、墨西哥、智利、法国、格陵兰岛和南极,这8个射电望远镜有单镜、也有望远镜阵列,它们向选定的目标撒出一张“大网”,从而捞回海量数据,为我们勾勒出黑洞的模样。
EHT望远镜全球分布示意图
除了拍照片,洗照片也不是个轻松的活。
这次跨越南北半球的视界面望远镜观测,因为它所涉及的站点区域非常广阔,所以产生的数据量也十分庞大。视界面望远镜每晚所产生数据量可达2PB(1PB=1000TB=1000000 GB),这些数据量在经过大型计算机群的数据合并与分析后,才能产生关于黑洞的图像,这也就是给黑洞拍照后的“冲洗”过程,而这一过程,已经持续了将近2年时间。
我们今天看到的这张黑洞照片,背后凝结的是人类科学家的不懈努力,也是当下人类构建命运共同体最现实的写照。
黑洞究竟是什么?
说起黑洞,现代人类并不会觉得陌生,如今就连很多从小开始接触科幻作品的小朋友,都常常把黑洞挂在嘴边。但黑洞到底是什么,能清楚解释的人并不多。
理论上,黑洞是爱因斯坦广义相对论预言存在的一种天体,它具有超强引力,能够吸收一切,就连速度最快的光,也无法逃脱它的势力范围,这个势力范围被称作黑洞的半径,或事件视界/视界面(event horizon)——顾名思义就是视线所能到达的界面。
由于黑洞本身不但不会发光,反而它周围的光也都会被“吃掉”,因此很难直接探测。此前很长一段时间,科学家们只能采用一些间接方式来探测黑洞——比如观察吸积盘和喷流。
某些时候,恒星量级的黑洞会存在于一个恒星周围,将恒星的气体撕扯到它自己身边,产生一个围绕黑洞旋转的气体盘,这就是吸积盘。
而当吸积气体过多,一部分气体在掉入黑洞视界面之前,在磁场的作用下被沿转动方向抛射出去,便形成喷流。
吸积盘和喷流两种现象都因为气体摩擦,产生了明亮的光与大量辐射,所以很容易被探测到,黑洞的藏身之处也就“暴露”了。
在著名的科幻电影《星际穿越》中,相对论物理学家基普·索恩为电影而设计出一种黑洞形象:深不见底的黑色中心与明亮立体的气体圆环。其中,黑洞周围便是由气体构成的吸积盘。
电影《星际穿越》中的黑洞,周围的亮环是由气体构成的吸积盘
探索宇宙,热度不断上升
根据理论推算,银河系中光恒星量级的黑洞就有上千万个,可到目前为止,我们只确认了20多个黑洞的存在。
而事件视界望远镜这次的观测目标主要有两个,一个是银河系中心黑洞人马座A*(Sgr A*),另一个是位于星系M87中的黑洞。
之所以选定这两个黑洞作为观测目标,是因为它们的视界面在地球上看起来是最大的。其它的黑洞要么很小,要么很远,要么又远又小,观测的难度更大。
哪怕是Sgr A*黑洞,它的质量也约等于400万个太阳,所对应的视界面尺寸约为2400万公里,相当于17个太阳的大小。然而地球和Sgr A*黑洞相距2.5万光年(约24亿亿公里),这就意味着,我们站在地球上望向它那巨大的视界面,就好比从地球上看一个放在月球表面的橙子。
4年前,LIGO(激光干涉引力波天文台)的两个探测仪探测到了由双黑洞合并产生的引力波信号,人类第一次听到了“宇宙的声音”。如今,科学家们又在为探寻黑洞的真容而不断努力,哪怕它离我们是如此遥远。难免有人会问,这么大费周章地给黑洞拍张照,真的值得吗?
天文爱好者、科学摄影师陈海滢说,“此前,黑洞的形象仅停留在物理学家以公式表现的形态中,非常抽象。此次实体影像一旦搜集成功,将让黑洞成为具体的形象,这对科学研究有巨大的帮助。它将呈现更多人们过去不了解的信息,指引科学家去做出新的发现。”
这张黑洞照片,不只是一张简单的照片,其对于人类探索宇宙而言意义非凡。它将验证爱因斯坦的广义相对论,帮助科学家了解黑洞是如何吞噬物体和喷射喷流的,以及证明黑洞的边缘,即黑洞的视界的存在,或许还能找到不同于黑洞的未知物体。
近年来,伴随着科技进步,全人类探索宇宙的热度可谓不断上升。刘慈欣的科幻小说吸引了全世界的读者,《星际穿越》、《流浪地球》等硬核科幻电影同样引发了热烈讨论。
去年下半年,美国“洞察者”号探测器成功登陆火星;今年年初,我国“嫦娥四号”探测器又顺利着陆在月球背面,传回了世界第一张近距离拍摄的月背影像图。如今,素有“最神秘的宇宙之谜”之称的黑洞,我们也有了第一张真正的照片。
人类对于未知事物始终充满好奇,而今后对于宇宙探索的热度只会增不会减。人类的征程永远都少不了星辰大海。
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