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2019年即將結束,回顧2019年的科學探索歷程,感慨頗多。今年是具有劃時代意義的一年,因為人類史上首張黑洞照片誕生了,這張具有歷史和科學意義的黑洞照片載入史冊!
關於黑洞,科學家是認真的!
關於黑洞,其實大家並不陌生,但是我們也僅僅知道它是一個「黑洞」而已,一個黑不溜秋的天體,我們根本看不到它的存在。儘管研究人員花了數年時間建立黑洞理論,但幾乎沒有人想到他們會有機會真正看到黑洞。由於黑洞不反射光,它們可以完美地隱藏在黑暗的太空中。此外,宇宙黑洞的體積一般都比較小,例如,超大質量黑洞人馬座A *,位於銀河系的核心,是太陽質量的400萬倍,但只有直徑約2360萬公裡,相當於水星和太陽之間的距離的一半。
但是黑洞的引力是如此強大,以至於任何東西都無法逃脫,甚至光也無法逃脫。超大質量黑洞是太陽質量的數百萬到數十億倍,被認為潛伏在幾乎每一個大星系的中心,影響著每一顆被引力束縛的恆星的命運。
利用愛因斯坦的廣義相對論,德國物理學家卡爾·史瓦西第一個奠定了描述黑洞的科學基礎。從那以後的幾十年裡,科學家們已經發現了許多黑洞的跡象,比如它們的引力對周圍環境的影響,以及它們碰撞時在時空結構中發出的被稱為引力波的漣漪。
然而,大約20年前,天文學家們開始思考,如果在黑洞視界附近的熱漩渦氣體的背光照射下,他們是否能夠捕捉到黑洞的照片。這些氣體在許多波長的光下可以發出明亮的光,包括那些可以穿透圍繞它們的任何黑暗雲層的光。科學家可以在明亮的背景下探測到一個黑點,即所謂的黑洞陰影。這曾被認為是不可能的。然後它發生了。
拍攝黑洞的「神器」
說它為「神器」毫不為過,它就是活動視界望遠鏡,一個由8個地面射電望遠鏡組成的行星規模的陣列,通過國際合作,捕獲了這張位於M87星系中心的超大質量黑洞及其陰影的圖像,並在2019年4月10日公布這張人類史上首張黑洞照片。現在這張之前被認為是幾乎不可能捕捉到的黑洞圖像,被《科學》雜誌評為2019年最重要的科學突破。
今年4月,國際事件視界望遠鏡聯盟(international Event Horizon Telescope consortium)透露,他們成功捕捉到了第一批黑洞陰影的圖像。
這一突破的關鍵是研究人員如何將全球範圍內的無線電天線連接起來,從而有效地製造出一個地球大小的虛擬望遠鏡,其範圍從美國到墨西哥、智利再到南極。最終,他們成功地拍下了梅西耶87星系中心超大質量黑洞的剪影。儘管Messier 87比人馬座A*離地球遠2000倍,但其中心黑洞的質量是人馬座A*的1000多倍,所以它在天空中看起來和人馬座A*一樣大,當然以人類的視角來看,就像我們看月亮上的橘子一樣大。
第一張黑洞照片的誕生,意味著我們對於黑洞的研究仍在持續,並且有足夠的進步。相信阿爾伯特·愛因斯坦和卡爾·施瓦茨希爾德會很高興看到這幅圖像,而這僅僅是在他們思考了黑洞的現代概念大約一個世紀之後,黑洞照片就誕生了。
目前,他們計劃以更高的解析度捕捉更多黑洞的圖像。2017年,活動視界望遠鏡包括8個射電天文臺,預計到2020年,還會有3個射電天文臺加入,它的觀測能力將大大增強。
在未來,研究人員有望能看到來自黑洞的爆炸活動,比如當它們撕裂一顆恆星時,或者當它們以接近光速的速度噴出等離子體時發生的精彩現象。最重要的是,我們希望看到一些意想不到的東西,它將徹底改變我們對黑洞及其附近物質行為的看法。你說呢?