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[奇迹]人类第一张黑洞照片!走吧一起去穿越!

加拿大乐活网 温哥华头条 2019-04-28


[温哥华头条Vancouverheadline 编辑]

乐活按语
下一步呢?

【加拿大乐活网lahoo.ca 赵青撰写当大家还在争论黑洞是否存在的时候,科学家向球人揭开了它的面纱,人类首张“黑洞”(black hole)照片问世。


黑洞第一张真身照片(图片来自CBC)


5500万光年 黑洞就在眼前

今天一大早,全球多国天文学家联合公布了一个名为“事件视界望远镜(event horizon telescope,简称EHT)的研究成果,这是两百多个科研人员历时时几年、从四大洲八个亚毫米射电望远镜同时对黑洞展开观测,终于捕获到室女座星系团中超大质量星系M87中心的黑洞,它距离地球5500万光年,质量为太阳的65亿倍。人类第一次得以凝视曾经只存在于理论中的天体。



安省滑铁卢大学的天体物理学家布洛德瑞克(Avery Broderick)也参与这个项目,为黑洞现身做出了贡献。他说:“我们的前辈对黑洞预测取得了重大成果,我们这一代则看到了从未见的黑洞实体。黑洞不再是理论家黑板上的涂鸦说明了,它们很真实地出现在那里。”

谈到“黑洞”,你我心中会浮现出一个画面。然而,我们印象中的“黑洞”画面,都是电影或艺术家所虚拟,真正的黑洞模样,从来没人能拍到。


图:箭头为疑似黑洞


黑洞本身是“黑”的,实际上看不到;但因为大黑洞在中间,光线会转弯,造成左侧比右侧更亮,中间黑色部分是黑洞的“阴影”,形成黑洞的边界,此一阴影称为“事件视界(event horizon)”。透过拍摄事件视界,可以间接证明黑洞的存在,EHT的名称因此而来。

但要找到一个可以拍摄黑洞影像的天文望远镜,实际是不可能的,因为它必须要拥有如一个地球大的口径,才能捕捉黑洞影像。



要制造“口径如一个地球大的望远镜”根本是在做白日梦。但“山不转路转,路不转人转”,EHT研究团队就想出一个办法,他们集合散布世界各地的顶尖望远镜,这些望远镜运用超长基线干涉技术,同时观测黑洞的某个方位,再将观测到的数据拼凑起来,其效果等同一个“口径如一个地球大的望远镜”,就完成了我们看到的这张黑洞照片。

EHT计画全球共有8个观测站、包括滑铁卢大学的天体物理学家布洛德瑞克在内的200多名研究人员参与,观测离地球较近的两个黑洞:银河系中央黑洞与M87黑洞。今天公布第一波黑洞影像成果。这些影像数据早在两年前便拍到,却必须经过两年的“洗照片”,才能完成令人屏息的黑洞影像。

说它在人类想像中存在了两百多年,并非胡诌。



两百多年前 黑洞就被假设


图:约翰·米歇尔


一般人一听“黑洞”,脑海中总会先浮出爱因斯坦的形象,事实上,早在1783年,英国地理学家约翰·米歇尔(John Michell),就已提出了关于黑洞雏形的假设。他认为,如果一个天体的密度大到一定程度,它将变成一个可怕的深渊巨口,吸入一切物体,连光都难以逃脱……


图:爱因斯坦


1916年,爱因斯坦发表了相对论,在广义相对论中,他将引力解释为空间的弯曲,并在这个模型下预言了黑洞的存在,在他看来,黑洞是一种引力极大的天体,大到光线都难以逃脱,因为爱因斯坦的名气,才让“黑洞”钻进了人类的脑海。

而也就是在同一年,德国天文学家卡尔·史瓦西(Karl Schwarzschild)通过计算爱因斯坦的引力方程,发现了一个解,表明了如果大量物质密集集中在一点,会形成一个“可怕”的天体,这个天体宛如一个深渊巨口,拥有无比强大的引力,在引力的中心,连光都逃不掉。 这个界面,被称为事件视界。于是,一个无比强大天体,第一次出现在了数学方程中…

到了1968年,美国物理学家约翰·惠勒(John Wheeler)第一次将这种科学预言中的天体命名为“黑洞”,但为什么不叫白洞(white hole)、黄洞(yellow hole),非要叫“黑洞”不可。



因为,就如同它的名字:黑色,无法看到。它是存在于宇宙空间内的一种超高质量天体,就像是一个血盆大口,所有靠近黑洞的物质,包括星体、云雾、光线等都会被拉入一个黑色深渊的漩涡

黑洞的形成有着非常不同的方式方法。 例如,当一颗巨大的恒星死亡时,它会发生爆炸,研究人员称之为超新星。 这颗恒星燃烧殆尽后,不断发生坍缩,变成一个体积很小的黑洞,即便是光线也无法逃脱。

的确,就是因为它能吞噬一切,连光线都难以逃脱,进去后,一片漆“黑”,什么都看不见,故称之为“黑”洞。



天文学家还曾拍到过距离我们1300万光年外的半人马座A (Centaurus A) 星系,中心黑洞喷发出的巨大喷射流,喷射流的长度甚至比这个星系本身的直径还要长……


下面的这张,是哈勃望远镜拍下的M87星系的核心…核心向外面射出了一条长达5000光年的喷射流。



科学家认为,这核心中就包含一个超大质量的黑洞。


2015《星际穿越》 影史上第一次演绎黑洞视界


虽然无数物理学家都预言并肯定了“黑洞”的存在,但两百多年来(从约翰·米歇尔算起),无数个“黑洞”始终像藏在宇宙角落里的幽灵,悄无声息地吞噬着星体,星系,光线…



地球上的人类,始终无法看到它们的真正面貌…就像本文开头所讲,大多时候,它只存在人类的想像中,因此,便宜了许多影视作品中为“黑洞”这玩意儿搞出很多奇思妙想,例如2015年的着名科幻片《星际穿越》(Interstellar),就将黑洞的形象搬到了银屏上,片中表现的巨型黑洞“卡冈图亚”,是一个光子笼罩的球体,带着一圈环状的吸积盘的样子……

《星际穿越》大概是电影史上第一次花较长篇幅演绎“黑洞”(还有“虫洞”)的影视巨作。


《星际穿越》中根据科学公式用计算机制作出的黑洞


《星际穿越》的黑洞特效,由著名的天体物理学家基普·索恩担纲顾问。基普·索恩是加州理工学院费曼理论物理学教授,是黑洞和广义相对论领域最杰出的科学家之一。

2013年初,索恩给《星际穿越》导演诺兰上了几个月的课,向他解释黑洞如何弯曲光线和时空。因此,整部影片是架构在索恩的理论知识基础上的。

为了制作逼真的特效,诺兰把特效总监保罗·富兰克林也带到了索恩的办公室。索恩甚至把自己的笔记本给了富兰克林,上面全是他多年以来记录的研究成果。富兰克林如获至宝,他知道只要在特效制作中遵循这些公式,就可以创造出符合物理定律的图像。顶尖天体物理学家加上一流的特效公司,最终第一次在电影中打造出一个影史上最炫目的黑洞。

从目前科学界公布的黑洞实际图片看,《星际穿越》的黑洞是符合科学现实的。


只有一个地球 但盼人类互爱

不论如何,电影归电影,而现实上,我们的太空天文科学家,经由各方的协同合作,终于拍到人类史上第一张“黑洞”照片,让我们这一代人,都成了见证者,是我们的幸福,更是骄傲。



地球在人类的过度开发下,已有不少科学家也在努力在宇宙中,寻找类似地球这样的宜居的行星,只是,目前为止,随便找到的宜居星球,最近都要好几光年,太遥不可及了。

因此,如何珍爱地球、保护我们的环境,才是最大的课题,毕竟我们只有一个地球。“黑洞”毕竟太遥远,可远观而不可亵玩,当人类能像今天全球科学家不分畛域的携手合作,协力完成第一张“黑洞”照片那样,也能彼此互爱彼此合作,相信就有足够的能量,带我们去到“黑洞”以外的宇宙各地。
    
纪念这次第一张“黑洞”照片的诞生,中央电视台绘制了图表,帮我们了解“黑洞”,看完后就会知道科学家是如何的辛苦,才能拍出这张照片。



图源:CTV和央视、Pixabay


编辑:赵青

责任编辑:林伯宴

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