有生之年系列!從黑洞理論提出到照片公布,人類用了103年

2020-11-28 獵雲網

在1916年廣義相對論提出後,德國的史瓦西根據廣義相對論計算出了黑洞,這是現代的黑洞概念的來源。

【獵雲網(微信:ilieyun)北京】4月10報導

北京時間2019年4月10日21時,在美國華盛頓、中國上海和臺北、智利聖地牙哥、比利時布魯塞爾、丹麥靈比和日本東京同時召開新聞發布會,以英語、漢語、西班牙語、丹麥語和日語發布「事件視界望遠鏡」的第一項重大成果:人類首張黑洞照片。

這張照片來之不易,為了得到這張照片,天文學家動用了遍布全球的8個毫米/亞毫米波射電望遠鏡,組成了一個所謂的「事件視界望遠鏡」(Event Horizon Telescope,縮寫EHT)。

從2017年4月5日起,這8座射電望遠鏡連續進行了數天的聯合觀測,隨後又經過2年的數據分析才讓我們一睹黑洞的真容。這顆黑洞位於代號為M87的星系當中,距離地球5300萬光年之遙,質量相當於60億顆太陽。

根據相關介紹,黑洞是現代廣義相對論中,宇宙空間內存在的一種天體。黑洞的引力很大,使得視界內的逃逸速度大於光速。「黑洞是時空曲率大到光都無法從其事件視界逃脫的天體」。

黑洞無法直接觀測,但可以藉由間接方式得知其存在與質量,並且觀測到它對其他事物的影響。藉由物體被吸入之前的因高熱而放出和γ射線的「邊緣訊息」,可以獲取黑洞存在的訊息。推測出黑洞的存在也可藉由間接觀測恆星或星際雲氣團繞行軌跡取得位置以及質量。

通過對黑洞的直接觀測,科學家希望能夠在更強引力場環境下檢驗廣義相對論,直接驗證事件視界的存在,研究黑洞邊緣上的吸積和噴流行為,以及基礎的黑洞物理等。

值得一提的是,從提出現代黑洞概念的1916年,到發布首張黑洞照片的今天,人類已經走過了103年,致敬所有「仰望星空」的一代又一代科學家們。

「黑洞」研究進展

在18世紀,英國的約翰·米歇爾根據牛頓力學提出了黑洞理論。值得注意的是,牛頓力學不適用於強引力環境,因此他能提出黑洞理論純屬巧合。

在1916年廣義相對論提出後,德國天文學家卡爾·史瓦西通過計算得到了愛因斯坦引力場方程的一個真空解,這個解表明,如果將大量物質集中於空間一點,其周圍會產生奇異的現象,即在質點周圍存在一個界面——「視界」一旦進入這個界面,即使光也無法逃脫。這種「不可思議的天體」被美國物理學家約翰·阿奇博爾德·惠勒命名為「黑洞」。

1970年,美國的「自由」號人造衛星發現了與其他射線源不同的天鵝座X-1,位於天鵝座X-1上的是一個比太陽重30多倍的巨大藍色星球,該星球被一個重約10個太陽的看不見的物體牽引著。天文學家一致認為這個物體就是黑洞,它就是人類發現的第一個黑洞。

1974年,霍金通過量子力學的方法得出結論:黑洞不僅能夠吸收黑洞外的物質,同樣也能以熱輻射的方式向外「吐出」物質。而這種量子力學現象,就被稱為霍金輻射。

2015年3月,霍金對黑洞理論進行了修改,宣稱黑洞實際上是「灰色的」。新「灰洞」理論稱,物質和能量被黑洞困住一段時間後,又會被重新釋放到宇宙中。

2016年2月11日,LIGO科學合作組織和Virgo合作團隊宣布他們已經利用高級LIGO探測器,已經首次探測到了來自於雙黑洞合併的引力波信號。

2017年10月16日,全球多國科學家同步舉行新聞發布會,宣布人類第一次直接探測到來自雙中子星合併的引力波,並同時「看到」這一壯觀宇宙事件發出的電磁信號。

2017年12月7日,美國卡耐基科學研究所科學家發現有史以來最遙遠的超大質量黑洞,其質量是太陽的8億倍。

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    2017年的4月5日到14日之間,來自全球30多個研究所的科學家利用分布於全球不同地區的8個射電望遠鏡陣列組成一個虛擬望遠鏡網絡。這個虛擬的望遠鏡網絡被稱為「事件視界望遠鏡」(EHT),它讓人類第一次看到黑洞的視界面。  這8個望向黑洞的射電望遠鏡陣列分別位於南極、智利、墨西哥、西班牙,以及美國的亞利桑那州、夏威夷。
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