黑洞是科幻小說的長期超級明星。但他們的好萊塢名聲有點奇怪,因為沒有人真正見過一個 - 至少到現在為止。如果您需要相信,那麼感謝Event Horizon望遠鏡(EHT),它剛剛製作了第一個黑洞的直接圖像。這項驚人的壯舉需要全球合作,將地球變成一個巨大的望遠鏡,並成像數千萬公裡以外的物體。儘管令人驚嘆且具有突破性,但EHT項目不僅僅是面臨挑戰。這是對愛因斯坦關於空間和時間本質的觀點是否在極端情況下保持前所未有的前所未有的考驗,並且這些情況看起來要比以往任何時候都更加接近於黑洞的作用,簡單來說,其實愛因斯坦的觀點是正確的。
黑洞簡單來說其實就是屬於一個空間區域,在裡面的質量是非常大並且也非常密集的,就連平常我們捕捉不到的光都無法逃脫來自於黑洞的引力,這一點想想其實是非常恐怖的。在墨水般的黑色背景下,捕獲一個是一項幾乎不可能完成的任務。但是,由於史蒂芬霍金的開創性工作,我們知道巨大的群眾不只是黑色的深淵。它們不僅能夠發射大量的等離子體射流,而且它們巨大的重力將物質流引入其核心。
當物質接近黑洞的事件視界 - 甚至光線都不能逃脫的點 - 它形成一個軌道盤。這個盤中的物質會將一些能量轉化為摩擦力,因為它會與其他物質粒子摩擦。這會使磁碟變暖,就像我們在寒冷的日子裡通過將它們摩擦在一起來溫暖我們的手一樣。問題越接近,摩擦力就越大。靠近事件地平線的事物在數百個太陽的熱量下發出耀眼的光芒。EHT檢測到的是這種光,以及黑洞的「輪廓」。
生成圖像和分析此類數據是一項非常艱巨的任務。作為研究遙遠星系黑洞的天文學家,我通常不能清楚地想像那些星系中的一顆恆星,更不用說看到它們中心的黑洞了。EHT團隊決定將兩個最近的超大質量黑洞瞄準我們 - 在大型橢圓形星系M87和射手座A *中,位於我們銀河系的中心。為了弄清楚這項任務有多麼艱難,雖然銀河系的黑洞有410萬個太陽,直徑6000萬公裡[3700萬英裡],但距地球250,614,750,218,665,392公裡[155,724,785,574,924,740英裡] - 這是相當於從倫敦到紐約的旅行45萬億次。正如EHT團隊所指出的那樣,就像在紐約,試圖計算洛杉磯高爾夫球的凹坑,或者在月球上成像橙色。
為了拍攝遠遠不可能的東西,該團隊需要一個像地球一樣大的望遠鏡。在沒有如此龐大的機器的情況下,EHT團隊將來自地球周圍的望遠鏡連接在一起,並將他們的數據結合起來。為了能夠在這樣看起來非常遙遠的距離捕捉到一個數據,並且他們的讀數也需要完全同步。收集的5,000TB數據非常龐大,必須存儲在數百個硬碟驅動器上並實際傳送到超級計算機,這可以糾正數據的時間差異並生成上面的圖像。
廣義相對論證明了
帶著一種興奮的感覺,我第一次看到現場直播從M87中心看到了黑洞的圖像。最重要的首要原因是愛因斯坦是正確的。圍繞黑洞中心的物質速度的測量與接近光速一致。從圖像上看,EHT科學家確定M87黑洞的質量是太陽質量的65億倍,跨越400億公裡[250億英裡] - 這比海王星200年的太陽軌道要大。由於光輸出的快速變化,這次銀河系的黑洞太難以準確地成像。希望很快將更多的望遠鏡添加到EHT的陣列中,以獲得這些迷人物體的更清晰的圖像。我毫不懷疑,在不久的將來,我們將能夠凝視我們自己銀河系的黑暗之心。