事件視界望遠鏡即將拍攝墜入黑洞的物質!

2020-12-05 博科園
博科園：本文為天體物理學類

還記得4月10日事件視界望遠鏡（EHT）發布了第一張黑洞陰影投射到其吸積盤熱氣體上的圖像嗎？這張位於M87星系中心的黑洞圖片登上了世界各地的頭版新聞。項目負責人在美國物理學會4月會議上說，事件視界望遠鏡（EHT）很快就會製作出第一部關於這種熱氣體在陰影周圍混亂旋轉的影像。EHT不是一個單一的望遠鏡，相反，它是一個由世界各地射電望遠鏡組成的網絡，它們一起對無線電波進行精確定時的記錄，這些記錄可以組合起來，使不同的望遠鏡成為一個整體。

博科園：領導EHT項目的哈佛大學天文學家謝普·多爾曼(Shep Doeleman)在演講中說：隨著越來越多的射電望遠鏡加入到EHT中來，該團隊更新了該項目的記錄技術，圖像細節應該會大幅增加。然後，這個團隊應該能夠製作出黑洞活動的影像。Doeleman說：事實證明，即使是現在，在現有的條件下，我們也有可能，在一定的預先假設下，研究旋轉特徵（環繞視界旋轉的吸積盤證據）。然後，如果有更多的觀測站，那麼就可以真正開始看到黑洞吸積和旋轉的實時影像。

這張由視界望遠鏡項目拍攝的圖像顯示了M87星系中心超大質量黑洞的視界。圖片：EHT Collaboration以M87的黑洞為例，製作一部影像將會非常簡單。黑洞是巨大的，即使對於星系中心的超大質量黑洞來說也是如此：質量是地球太陽質量的65億倍，它的視界（超過這一點甚至光都無法返回）包圍著一個和我們整個太陽系一樣寬的球體。所以，這個黑洞吸積盤的熱物質需要很長時間才能繞著這個物體走一圈。[M87]發生明顯變化的時間跨度超過一天，Doeleman說：這太棒了，因為它的意思是一次拍攝一幀的影像。可以……塑造我們的形象，然後，如果想再拍一部，或者一部延時電影，那麼我們就在第二天或者下個星期出去。

計劃中的無線電天線的位置是事件視界望遠鏡陣列的一部分。圖片：Event Horizon Telescope / University of Arizona可能會連續做七周，得到七幀電影，然後看到一些東西以這種方式移動。但是M87黑洞並不是事件視界望遠鏡（EHT）觀測到的唯一一個超大質量黑洞。該團隊還在研究人馬座A*，這是位於我們銀河系中心的超大質量黑洞，並計劃很快發布該物體的第一張圖像。事件視界望遠鏡（EHT）研究人員還打算把離黑洞更近、研究更深入的黑洞拍成電影，但這個項目將更加複雜。人馬座A*質量大約是M87黑洞的1000倍，所以圖像的變化要快1000倍。所以，這意味著它將在幾分鐘或幾小時內發生變化，必須開發一種完全不同的算法。

不同望遠鏡的視圖，有助於「事件視界」望遠鏡有地球半球的成像能力。圖片：APEX,IRAM,G.Narayanan,J.McMahon,JCMT/JAC,S.Hostler,D.Harvey,ESO/C.Malin因為這就好像你把相機的鏡頭蓋打開，在你曝光的時候有東西在移動。要拍一部電影，EHT不僅要收集生成黑洞圖像所需的所有數據，還要按時間將這些數據分成不同的塊。接下來，研究小組將使用複雜的算法對這些圖像塊進行比較，以找出圖像在被捕獲時是如何變化。必須找到一種方法來研究第一個小數據，然後第二個小數據，然後再拍一部電影，所以團隊成員正在研究這個動態成像。這種方法使用圖像移動模型，將這些模型與實際數據進行比較，看看是否匹配。

在廣義相對論中，有五種不同的模擬，使用黑洞吸積盤的磁流體動力學模型，以及無線電信號的結果。注意所有預期結果中事件視界的清晰特徵。圖片：GRMHD simulations of visibility amplitude variability for Event Horizon Telescope images of Sgr A*, L. Medeiros et al., arXiv:1601.06799必須聰明一點，弄清楚這段時間的數據與這段時間之後數據之間的關係。比如，你可以說，好吧，你可以移動，但你不能移動那麼遠。』利用這些約束條件，團隊可以將非常有限的數據從任何一分鐘轉換成SagA*運行中的完整圖片。因此，研究小組希望能在一個晚上拍攝出較小黑洞的影像。加拿大滑鐵盧大學(University of Waterloo)天體物理學家埃弗裡布羅德裡克(Avery Broderick)說：這些影片應該揭示出黑洞周圍吸積盤行為的新細節，包括它們是如何吞噬物質，將能夠通過觀察黑洞電影而不是肖像來繪製時空圖。

吸積盤的朝向（左兩個面）或邊緣（右兩個面）可以大大改變黑洞被我們看到的特徵。圖片：'Toward the event horizon—the supermassive black hole in the Galactic Center', Class. Quantum Grav., Falcke & Markoff (2013)博科園-科學科普｜文: Rafi Letzter/Live Science/美國物理學會博科園-傳遞宇宙科學之美

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  • 事件視界望遠鏡
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  • 「雙語彙」Black hole and EHT 黑洞與事件視界望遠鏡
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  • 事件視界望遠鏡獲取到的黑洞是長什麼樣的?有什麼意義?
    黑洞視界外到底什麼樣明天就會揭曉了，事件視界望遠鏡的組建代表人類觀測水平的又一次提升，不僅可以用來觀測黑洞，還可以觀測很多難以觀測天體事件。事件視界望遠鏡不是傳統意義上的望遠鏡或者望遠鏡矩陣，由於單個超大口徑望遠鏡建造難度大，而射電信號擁有可組合起來的特點，科學家就利用近幾十年建設在世界各地的射電望遠鏡，將獲得的信號組合起來，經過去除背景雜質信號等方式，將獲得的信號放大，可以得到比單一望遠鏡更強的信號。
  • 人類試拍黑洞照片需使用「事件視界望遠鏡」
    網絡配圖人類試拍黑洞照片，需使用「事件視界望遠鏡」。4月5日開始，一個國際合作的天文項目「事件視界望遠鏡」（Event Horizon Telescope，EHT）開始對兩個特殊的天體進行觀測：距離地球25000 光年，位於銀河系核心人馬座A，以及距離地球5300 萬光年的M87 室女座星雲。觀測的目標不是常規的天體，而是兩個疑似的超大質量黑洞。「事件視界望遠鏡」的觀測將讓人類第一次看到黑洞的真實樣子。
  • 拍下黑洞的「事件視界望遠鏡」究竟是什麼?一顆旋轉的迪斯科球
    「事件視界望遠鏡」中的南極望遠鏡。通過研究這個圖像，人類將揭示出黑洞這類天體更多本質。1915年，愛因斯坦在廣義相對論中最先預言了黑洞的存在。在他的推論中，黑洞是一種質量巨大、引力極強的天體，可以吸收周圍一切外來物質和輻射，連人類已知傳播速度最快的光都無法逃脫。理論上，黑洞無法被觀察，但黑洞的陰影——「事件視界（event horizon）」卻可以。
  • 「事件視界望遠鏡」拍下人類史上首張黑洞照片
    黑洞是一種體積極小、質量極大的天體，具有非常強的引力，在它周圍的一定區域內，連光也無法逃逸出去，「事件視界望遠鏡」實際上嘗試觀測的是黑洞的「事件視界」。看到這張照片你會想到什麼呢？亦或這個電暖扇？雖然照片看上去有點像，蜂窩煤、電暖扇、甜甜圈.