關於首張黑洞照片背後的事實,科學家提出了5個,每個都讓人意外

2020-12-06 騰訊網

為什麼黑洞的照片看上去如此模糊？黑洞是否真的看上去像一個傾向一邊的甜甜圈呢？為什麼黑洞的第一張照片如此重要呢？Sabrina Stierwalt博士將會解答這一具有裡程碑意義的科學成就背後的重要性。

4月10日我們見證了歷史上第一張黑洞的照片。無論你是上網瀏覽，閱讀報紙，還是打開電視，都可以看到一個發著橙色光芒的甜甜圈。兩年前，當黑洞觀測剛起步時，我們討論了何種望遠鏡或者說一組遍布全球的望遠鏡，能夠得到這樣的一幅畫面。

如今，當這張照片終於來到我們面前，我們該如何解讀它？我們究竟在尋找些什麼？它是否就是我們所期待的？接下去該怎麼做？

那就讓我們來一起了解下第一張黑洞照片背後的5個事實：

1. 為什麼說這是第一張我們拍得的黑洞照片？

超級黑洞喜歡潛伏在巨大的星系中心，比如我們的星河系，但是儘管這麼說，直到4月10日，我們都沒有真正見到過一個黑洞。此前，天文學家只能通過圍繞黑洞的星體的運動或是被排放的高能射線被黑洞吞噬導致其升溫，來推斷黑洞的存在。當然，問題是黑洞太過緊實，它的質量非常大以至於光線（沒有質量，高速運動的光線）都無法逃脫。正如它的定義，黑洞是黑色的。

多虧了無線電波的使用和一個名叫幹涉法的觀測技巧，人類終於第一次見到了黑洞的真面目。在一個幹涉儀中，多個望遠鏡被放置在一起來模擬一個大望遠鏡。比起只用其本身，這能夠觀測到更多的細節。只有世界級的射電望遠鏡，分析數據所用的算法發明，當然還有一個勇於嘗試的團隊，才能進行這樣的觀測。

2. 為什麼黑洞看上去像一個傾向一邊的甜甜圈？

照片中心的黑色斑塊包含了黑洞本身的視界，任何物體和光線的不歸點和黑洞投射在周圍物體上的陰影。這個陰影則揭示了貼近黑洞視界的光線向內彎曲並最終消失於奇點的地方，所以照片上的黑洞看上去就是一個黑色的洞。

那麼那些剛好擦過黑洞視界並且沒有被其巨大密度吸引的光線呢？它們繼續前行，被送回宇宙中去。但是，高密度物體，例如黑洞，周圍的空間會被彎曲，強大的重力導致光的傳播路線不再是直線，而是變成圍繞黑洞的曲線。如此一來，黑洞周圍的光線便形成一個名叫光子層的發光圓殼，在照片上看如同一個橙色的光環。

對於站在地球上的觀測者而言， 光子層的有些光子在圍繞黑洞時朝向我們運動，有些則背向我們運動。由於都卜勒效應，朝向我們運動的光看上去變亮了。（這就如同救護車向我們駛來或是離去時，警報聲的音調會有所不同。）

拍攝黑洞照片的團隊的項目總監，哈佛大學的科學家Shep Doeleman說：「自然就是讓我們看到那些我們曾認為看不見的東西。」令人激動的是，愛因斯坦的廣義相對論曾預測到這個傾向一邊的甜甜圈造型。

3. 這個黑洞有多大？

這個相當於65億顆太陽重的超級黑洞坐落於橢圓星系M87的中心地帶。M87星系是室女座星系團中最重的星系，並且包含了幾萬億顆星體。對比來看，銀河系只包括了幾千億顆星體。

多虧了對軌道的研究，天文學家能夠計算出黑洞的質量，但是鑑於我們不知道黑洞旋轉的速度或是它對於我們的視圖的精確方向，其體積難以估算。我們預測，照片中心黑色的模糊景象能夠完全容納整個太陽系，並且中部黑暗的範圍大於120倍日地距離。

4. 為什麼照片如此模糊？

自從照片公布以來，我不止一次看到網友調侃天文學家們在看到如此模糊的一張照片時會有多麼興奮。誠然，M87的黑洞非常大，但是體積大不代表一定能夠獲得一張清晰的影像。還需要近距離。作為圖像算法的主要開發人員，美國加州理工學院的教授Katie Bouman描述了為了獲得一張這個黑洞的照片有多艱難，但卻又令人欽佩。她說：「這就如同你拍攝月球上的一個桔子。」

5. 為什麼我們不拍攝銀河系的黑洞？

如果距離是關鍵，那為什麼研究團隊不選取我們自己星系中的超級黑洞呢？答案是，他們確實曾拍攝過人馬座A*超級黑洞，也曾打算將數據公開。但是，我們還要保證照片的質量，因為一旦選擇了近距離的人馬座A*超級黑洞，那就捨棄了M87黑洞的巨大體積。我們的黑洞鄰居只有400萬顆太陽的重量，所以儘管它比M87離我們的距離近2000倍，它卻也小了近2000倍。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. 忙碌的北門- quickanddirtytips

如有相關內容侵權，請於三十日以內聯繫作者刪除

轉載還請取得授權，並注意保持完整性和註明出處

相關焦點

  • 首張黑洞照片的意義以及與霍金、愛因斯坦、史瓦西等科學家的關係
    網絡上一直有人認為，2019年4月份科學家們公布的首張黑洞照片，與霍金有很大的關係，甚至有人認為是發現了霍金提出的黑洞輻射，因此霍金可以追授諾貝爾獎。這是一個誤解。霍金雖然在黑洞研究上做了許多探索，也取得不少科學界公認的成就，但第一張黑洞照片真得與霍金關係不大。
  • 晨讀 | 首張黑洞照片背後,中國貢獻如何?
    背後的科學原理可能複雜，但道理本身卻很簡單：就是從1910年代愛因斯坦提出廣義相對論以來，科學家們基於公式計算和間接觀測，對於這個黑洞應該長成什麼樣，已經形成了一系列的設想：當然，你可能跟我一樣，覺得這麼模糊一張照，到底是甜甜圈還是蜂窩煤都不一定，怎麼能夠輕易相信科學家的眼神？還好請廣大市民放心，科學家不是隨便看了張圖就來糊弄你。
  • 人類首張黑洞照片背後的科學與審美
    電影的科學顧問把他的科學理想放到了電影中，這同樣是很多科學家的科學夢想：統一廣義相對論和量子力學。從審美的角度來看《星際穿越》的表現是沒有缺陷的，用的是正科學，提到的黑洞、蟲洞、5維時空等等，都是科學研究最前沿、最重要的主題。人類的命運、父女之愛、英雄救美、英雄不死、還有大團圓，人類成功星際移民等等都傳遞的都是正能量，價值觀是人類共同的價值觀，表現的特別完美。
  • 黑洞首張照片曝光,作為吃瓜群眾的你這九個知識點必須要知道
    4月10日晚九點，史上第一張黑洞的照片公布，很多領域內的科研工作者振奮不已，很多領域外的人一臉懵逼的時候發現不論是搜尋引擎還是內置推送都在推送這條根本看不懂的新聞，茫然吃瓜的時候，這九個知識點你可能需要知道。
  • 人類首張黑洞照片發布 距地球5500萬光年
    新華社發（事件視界望遠鏡項目組供圖）    全世界200多位科學家合作完成的一項重大天文學成果——人類首張黑洞照片，北京時間4月10日晚在全球多地同步發布。Doeleman)說，「我們已經取得了上一代人認為不可能做到的事情。技術的突破、世界上最好的射電天文臺之間的合作、創新的算法都匯聚到一起，打開了一個關於黑洞和事件視界的全新窗口。」
  • 人類首張黑洞照片是誰拍的?拍攝第一張黑洞照片的人名字
    人類首張黑洞照片是誰拍的？拍攝第一張黑洞照片的人名字 2019年4月10日，這一天對於人類來說是個重要的日子，北京時間21時，人類首張黑洞照片正式的公布，一支匯集全球 200 多位天文學家的宇宙觀測團隊經歷2年的時間才把照片洗出來，而「事件視界望遠鏡」這個項目也在今天被大家所熟知。
  • 人類首張黑洞照片公布!其實5年前就被這位大神預言中了
    今晚，幾乎所有人都在討論「人類首張黑洞照片」。直到今天，人類才首次拍攝到了黑洞的照片，對於黑洞的探索，人類從未停止努力。但關於黑洞的一系列最基本的問題，許多吃瓜群眾卻仍然是一知半解。 黑洞到底是什麼？  這張全球首張黑洞照片，意味著什麼？
  • 人類首張黑洞照片公布!關於黑洞的這些知識可以講給學生聽
    4 月 10 日 21 點，事件視界望遠鏡(EHT)項目主任謝潑德·多爾曼在中國上海向全球宣布人類歷史上首張黑洞照片！最後，氣體變得如此之熱，以至於當氫原子碰撞時，它們不再彈開而是聚合形成氮……最終恆星會耗盡了它的氫和其他核燃料……當恆星耗盡了燃料，它開始變冷並開始收縮……——《時間簡史》）霍金先生給我們帶來這麼多關於黑洞的知識知識，自己卻不能親眼看見首張黑洞照片。我更願意相信這樣的說法：他是等不及了，等不及去看真實的黑洞，等不及要去探尋黑洞的奧秘。
  • 人類首張黑洞照片發布,原來長這樣…
    專家稱，人類首張黑洞照片的問世，對研究黑洞具有重要意義。人類的首張黑洞照片，是由全球8個望遠鏡共同拍攝。而背後則是全球30多家科研院所的科學家們的共同努力。2017年的4月5日到14日之間，科學家們進行了「地球級」觀測計劃，他們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，目標是銀河系中心的巨大黑洞——人馬座A*的視界面。
  • 人類史上首張黑洞照片發布!
    曉查 發自 紐凹非寺 量子位 報導 | 公眾號 QbitAI剛剛，天文學家公布了人類史上首張黑洞照片。
  • 如何看懂首張黑洞照片?聽聽河北天體物理學教授怎麼說
    專訪河北師範大學天體物理學教授崔文元看懂首張黑洞照片，你需要了解這些知識河北新聞網訊（見習記者李嘉歡）北京時間4月10日21點整，全球六地（比利時布魯塞爾、智利聖地牙哥、中國上海、中國臺北、日本東京和美國華盛頓）將同步召開全球新聞發布會
  • 人類史上首張黑洞照片公布 長這樣!(圖)
    北京時間2019年4月10日21時，全球多國科研人員合作的事件視界望遠鏡(EHT)項目在全球六地同步舉行新聞發布會，發布首張黑洞照片：（　　關於黑洞的「前世今生」：　　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。
  • 美華裔天文學家參與拍攝首張黑洞照片 講述背後故事
    美國一位華人科學家參加了為黑洞拍照的「事件視界望遠鏡」(EHT)計劃，他就是來自亞利桑那大學的助理天文學家陳志均(Chi-Kwan Chan)，也是「事件視界望遠鏡」(EHT)的軟體及數據小組召集人。全世界200多位科學家合作完成的一項重大天文學成果——人類首張黑洞照片，北京時間4月10日晚在全球多地同步發布。
  • 中國科學院:人類首張黑洞照片在最後「衝洗」中
    黑洞的藝術家想像圖。（圖片來源：中國科學院上海天文臺） 中科院上海天文臺/供圖 攝人類首張黑洞照片即將在全球六地同步發布的消息連日來備受關注。來自共同參與這一重大成果的中國科學院的最新消息說，首張黑洞照片目前還在最後「衝洗」中，其問世已進入倒計時。據介紹，北京時間4月10日21點整，全球六地(比利時布魯塞爾、智利聖地牙哥、中國上海和臺北、日本東京、美國華盛頓)將以英語、西班牙語、漢語和日語四種語言，通過協調召開全球新聞發布會，事件視界望遠鏡(EHT)將宣布一項與超大質量黑洞照片有關的重大成果。
  • 事件視界望遠鏡+「啁啾」=黑洞照片?揭秘黑洞照片背後的神秘之手!
    揭秘黑洞照片背後的神秘之手！IPRdaily導讀：北京時間2019年4月10日晚9：07，註定將成為一個被歷史銘記的時間。人類歷史上的第一張黑洞正式面世，這張拍了5天，用了兩年成像的的照片背後有何神秘隱情？
  • 真實的黑洞長這樣,解密史上首張黑洞照片拍攝過程
    此次全球六地發布的黑洞照片。公布的照片展示了一個中心為黑色的明亮環狀結構，看上去有點像個橙色的甜甜圈，其黑色部分是黑洞投下的「陰影」，明亮部分是繞黑洞高速旋轉的吸積盤。月5日、6日和10日的圖像。此外，黑洞附近廣義相對論效應非常明顯，一百多年前，愛因斯坦提出廣義相對論，將時間和空間結合為一個四維的時空，並提出引力可視為時空的扭曲。這一理論做出了不少重要預言，其中之一便是：當一個物體的質量不斷塌縮，就能隱蔽在事件視界（event horizon) 之內——在這一黑洞的「勢力範圍」內，引力強大到連光都無法逃脫。
  • 為什麼首張黑洞照片的亮度是不均勻的?聽完科學家的解釋恍然大悟
    黑洞雖然實體，但是它的質量卻是非常巨大，之所以會是如此，科學家猜測，黑洞的中心有可能存在著一個質量無限大，體積無限小的奇點。正是這個奇點的存在，成就了黑洞這種引力超強的天體，它強大的引力使周圍的空間坍縮，使黑洞成為了一個吞噬巨獸，任何物質只要進入它的視界都無法逃脫，包括光。
  • 史上首張黑洞照片誕生!兼談黑洞的前生今世
    這張照片攝自梅西耶87（M87）星系中心的黑洞，重約60億個太陽質量，距離地球5600萬光年，由全世界橫跨幾大洲近10臺毫米波望遠鏡（或陣列）組成ETH進行聯網觀測，項目團隊包括來自中科院上海天文臺、雲南天文臺、中科院高能所、北京大學、華中科技大學、南京大學等單位的10餘名成員。
  • 人類首張黑洞照片發布,愛因斯坦說對了……
    人 類 首 張 黑 洞 照 片
  • 首張黑洞照片拍完後,科學家又計劃對黑洞 「錄像」了
    首張黑洞照片顯示的是相當於650億倍太陽質量的物質，聚集在一個圓形的光子軌道邊界區域範圍內的場景，其大小完全符合愛因斯坦的理論預期。圖像的中間位置就是事件視界，在其內部，就連光線都無法逃脫；圖像的下方比較明亮，這是因為你正在目睹以接近光速的速度，圍繞黑洞周圍運行的超高溫氣體物質。