科學家們是怎麼「看」到黑洞的?

2021-01-18 央廣網

咔嚓!

這裡有一張來自

全球30多個研究所的科學家們

用8個望遠鏡(陣)

合力拍攝的黑洞照片正在「衝洗」中

......

預計將在北京時間

2019年4月10日21:00「衝洗」完成

並在比利時布魯塞爾、智利聖地牙哥

中國上海和臺北

日本東京、美國華盛頓

6個地方同步發布

令人萬分期待的黑洞照片即將揭開神秘面紗

你怎麼能只看個熱鬧?

一睹黑洞「真容」前

我們幫你向專家打聽了一些

關於黑洞的秘密

連光都逃不出去的黑洞究竟長啥樣?

拍到它的事件視界望遠鏡有啥特別?

聽聽國家天文臺研究員、光明網科學顧問苟利軍怎麼說

光明網:都說黑洞看不見摸不著,科學家此次是如何看見黑洞的?

苟利軍:黑洞本身不發光,但是黑洞周圍通常都會有一個吸積盤,吸積盤有比較強的輻射或者說是發光的,所以在明亮吸積盤的襯託之下,黑洞就會產生一個所謂的黑洞陰影。這次的觀測就是通過觀測黑洞本身及其臨近區域,看到黑洞的陰影。

光明網:我們為什麼給黑洞拍照?黑洞到底長啥樣?

苟利軍:我們知道黑洞已經有非常長的時間了,而且對於黑洞的了解也非常多了,很多計算機已經模擬出黑洞周圍的圖景,但黑洞周圍是不是真如我們目前所了解的這些,還是有所不同?這是給黑洞拍照最直接的初衷。

如果有一個非常規整的吸積盤的話,那麼《星際穿越》電影當中的黑洞樣子將是最好的一個描述。然而我們知道,黑洞周圍的氣體並不完全規則運動,所以很可能和電影當中展現的不完全一樣。到底是什麼樣子的?讓我們期待。

電影《星際穿越》中描繪的黑洞 圖片自網絡

光明網:捕獲首張黑洞照片的事件視界望遠鏡(Event Horizon Telescope)有何特殊之處?是如何運行的?

苟利軍:首先這些望遠鏡都是在亞毫米波波段,通常需要在海拔比較高的地方來減少大氣中水氣對於亞毫米光子的影響。比如說位於智利的ALMA望遠鏡的海拔就有5000多米,這些分布於全球不同地方的望遠鏡通過所謂的甚長基線幹涉技術(VLBI)連成一個虛擬網絡,構成了一個口徑達到一萬公裡的望遠鏡,VLBI技術是實現成像觀測的關鍵。

光明網:截至目前,我們對黑洞的認識是怎樣的?

苟利軍:對於黑洞的認識也經歷了一個漫長的認識,從兩百多年前,拉普拉斯基於牛頓的萬有引力提出暗星,到大約100年前,史瓦西基於廣義相對論得到第一個沒有轉動的精確黑洞解,自此之後,很多的物理學家都對黑洞研究做出了貢獻,包括奧本海默、科爾、基普索恩、霍金等。我們現在有很多的電磁觀測表明黑洞應該是真實存在的,然而我們就是沒有看到過有黑洞的真實模樣,所以此次照片的影響應該是巨大的。

圖片自網絡

光明網:都說黑洞會吞噬掉很多東西,那它吸進去的東西都去哪裡了?

苟利軍:這的確是一個非常有趣的問題,在被吞噬的過程當中,物質都首先會被撕裂成一些最基本的粒子,然後很可能在黑洞的內容又進一步發生其他的物態變化,具體會發生什麼樣的過程,我們並不是特別的清楚。經典的理論認為,掉到黑洞裡的物質都會朝著中心的奇點運動,最後會聚集在那裡。隨著聚集的物質越來越多,質量也會變得越來越大,黑洞的半徑也會變得越來越大。

光明網:此次人類第一次「看到」黑洞,對我們認識黑洞有何意義?

苟利軍:因為是第一次看到黑洞,所以滿足我們黑洞模樣的好奇感,另外從科學的角度還可以提供很多的信息,幫助我們了解氣體在黑洞內區真正的運動狀態。

圖片自網絡

更多知識點

黑洞是什麼?

理論上,黑洞是愛因斯坦廣義相對論預言存在的一種天體。它具有的超強引力使得光也無法逃脫它的勢力範圍,該勢力範圍稱作黑洞的半徑或稱作事件視界(Event Horizon)。

宇宙中,根據質量天文學家們將宇宙中的黑洞分成三類:恆星級質量黑洞(幾十倍-上百倍太陽質量)、超大質量黑洞(幾百萬倍太陽質量以上)和中等質量黑洞(介於兩者之間)。

真的有黑洞嗎?

在這次拍照前,天文學家們通過各種間接證據表明了黑洞的存在,主要有三類代表性證據。

第一,恆星、氣體的運動透露了黑洞的蹤跡。黑洞有強引力,對周圍的恆星、氣體會產生影響,於是我們可以通過觀測這種影響來確認黑洞的存在;

第二,根據黑洞吸積物質(吃東西)發出的光來判斷黑洞的存在;

第三,通過看到黑洞成長的過程「看」見黑洞。

事件視界望遠鏡(EHT)是啥?

它是通過「甚長基線幹涉技術」(VLBI) 和全球多個射電天文臺的協作,構建一個口徑等同於地球直徑的「虛擬」望遠鏡。由全球200多位科研人員共同達成的重大國際合作計劃,EHT的建設和此次拍攝的黑洞照片是全球很多人花了很多時間和精力才凝結的一個成果。但這只是一個開始,未來EHT還會帶來更多前所未有的科學成果。

(光明網記者宋雅娟 蔡琳)

相關焦點

  • 黑洞照片怎麼拍的?科學家的觀測時間每年大約只有10天
    大量天文觀測數據已證實,在浩瀚的宇宙當中,有無數的黑洞神秘地藏身於各星系中。但人類卻從未直接「看」到過黑洞,並不知道它的真實模樣。為了能一睹黑洞真容,2017年4月5日到14日之間,來自全球30多個研究所的科學家們啟動了一項雄心勃勃的龐大觀測計劃。他們將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,希望利用其捕獲黑洞影像。
  • 回顧2019:科學家們拍攝到的人類第一幅黑洞影像
    這是人類史上第一張直接對黑洞觀測的天文影像,由事件視界望遠鏡所拍攝,發表於2019年4月10日。那麼黑洞實際看上去是什麼樣的?什麼望遠鏡能做這樣的觀察?觀測中可能遇到什麼問題?黑洞看上去是什麼樣的?天文學家們認為,大部分像我們銀河系這樣的星系的中心都有特大質量黑洞。特大質量是一個官方術語,它表示太陽質量的幾十萬到幾十億倍。
  • 黑洞是怎麼形成的?
    黑洞又是怎麼形成的?等等等等,宇宙之大超乎我們的想像,小編還記得在一部電影(黑衣人)中,電影的結尾彩蛋不知道大家有沒有看過?結尾中誇張的畫面出現了,一個「怪獸」把地球裝入了布袋中。原來我們生活了一輩子的地球,一個這樣的龐然大物,居然只是一個不起眼的「玩具」?今天我們共同說一個話題——黑洞是怎麼形成的?
  • 網上這麼多黑洞圖片都是真的嗎?科學家這樣回答,看完長知識
    網上這麼多黑洞圖片都是真的嗎?科學家這樣回答,看完長知識宇宙非常的生命,其中黑洞。最神秘的一種了。因為他現在人還沒有完全看清他的真面目。許多人。都嘗試在網上搜索過黑洞的圖片。許的圖片看起來非常漂亮。黑洞周圍還有星星在閃爍。
  • 科學家們如何才能製作出一張黑洞的圖片?
    科學家們發布了第一張巨大黑洞的圖片。下面是他們如何做出這個照片的。資料來源:Handout/Getty Images在宇宙中所有的神秘現象中,最吸引我們注意力和想像力的或許是黑洞,儘管我們從未真正見過。
  • 「看見」黑洞!科學家首次觀測到黑洞天體可見光
    這是人類首次確認到來自黑洞周圍發出的可見光信號北京時間1月25日消息,近日,一個由日本科學家領銜的國際天文學家小組宣稱,他們首次觀測到從一個黑洞周圍發出的暗弱可見光。事實上,只要使用一臺中等口徑的天文望遠鏡,任何人都能夠親眼目睹這道亮光。科學家們表示,此次觀測到的亮度變化顯著的這一可見光信號將有助於我們加深對於物質盤旋落入黑洞過程機制的理解。
  • 分析黑洞的形成的過程,看看我們人類進入到黑洞將會發生什麼
    科學家們做了計算,如果一顆恆星在塌陷之後,分量只剩下太陽的3.8倍時,這就會形成,恆星塌陷之前會先爆炸,拋出去很多東西,所以現在是太陽3.8倍的恆星將來是不夠形成黑洞的。說完了黑洞的形成,我們來說一說黑洞的發現,很多人覺得黑洞很新鮮的東西,應該是最近這些年才被發現的。
  • 黑洞是怎麼形成的
    而當它的半徑一旦收縮到一定程度(一定小於史瓦西半徑),正象我們上面介紹的那樣,巨大的引力就使得即使光也無法向外射出,從而切斷了恆星與外界的一切聯繫——「黑洞」誕生了。    根據科學家計算一個物體要有每秒種7。9公裡的速度就可以不被地球的引力拉回到地面而在空中繞著地球轉圈子了。這個速度叫第一宇宙速度。如果要想完全擺脫地球引力的束縛到別的行星上去至少要有11。
  • 黑洞周圍能發光?來看看天文臺的科學家們怎麼說
    對大多數人來說,黑洞是神秘的代名詞,一直以來都吸引著人們的目光。今年4月10日,天文學家發布了人類捕獲的首張黑洞照片,展現了距離我們5500萬光年之外的M87星系中心的超大質量黑洞周圍吸積盤或者噴流所產生的光。
  • 人類首次拍到隱藏黑洞!黑洞內部有什麼?科學家稱:會別有洞天
    去年天文學家發布了人類拍到的首張黑洞照片,這個黑洞是室女座M87星系中心的一個黑洞,與我們相距5500萬光年。這個黑洞的發現意義非凡,它不僅是人類觀測拍到的第一個黑洞,而且拍攝的技術手段也非常厲害,是專家們用一種模擬技術,將地球上八個地方的天文望遠鏡聯合起來組成的一個網絡,然後模擬出一個地球口徑大小的一個望遠鏡。
  • 新黑洞的發現打破規律,科學家稱它不該存在,這是怎麼回事?
    新黑洞的發現打破規律,科學家稱它不該存在,這是怎麼回事?2019年科學家公布了第1張黑洞的照片,讓我們首次看清了黑洞的真實面目,一則關於黑洞的研究報告出現,顛覆了我們對於黑洞的認知,科學家更是表示這樣的黑洞在宇宙中根本不可能存在。
  • 科學家觀測到黑洞噴射物達9.6倍光速,怎麼回事
    根據2020年3月2日發布於《自然天文學》雜誌的一篇文章,一個天文學家團隊觀測到了一個黑洞的噴射物正在以超過光速的速度遠離黑洞,這究竟是怎麼回事呢?愛因斯坦錯了?該黑洞被稱為MAXI J1820+070,是一個黑洞X射線雙星系統,是由一枚恆星和一個黑洞構成,黑洞會不斷吸積恆星的物質直至恆星消亡。
  • 黑洞那麼黑,科學家是如何觀測到它們的?
    在相對論中,愛因斯坦表示宇宙中存在一種叫做「黑洞」的神秘天體。不過,因為黑洞從不曾被人類發現,所以這也讓愛因斯坦本人在晚年的時候對「黑洞是否真實存在」產生了質疑。不過幸運的是,人類在去年拍攝到了第一張黑洞照片,這讓愛因斯坦關於黑洞的猜想全都成真。
  • 科學家觀測到持續10年的「超級黑洞心跳」
    近日,中國和英國的科學家所組成的科研團隊在黑洞據了解,這個特殊的黑洞是一個距離地球6億光年,具有200萬個太陽質量的超大質量黑洞。研究人員通過在2007年和2018年兩個階段對其進行觀測,發現了這個超大質量黑洞的X射線準周期振蕩信號,也就是黑洞的「心跳」。相隔10年之久,它的「心跳」依然存在,其信號甚至比10年前更強。這是目前科學家們觀測到的超大質量黑洞心跳信號的最長持續時間。
  • 黑洞是怎麼形成的?為什麼要研究黑洞?
    在宇宙中有很多神秘的現象,科學家們也一直想要去找到答案,雖然人類現在看似科學技術非常發達,但其實對宇宙來說還是不值一提的。說到宇宙中最神秘的,很多人腦子裡應該都是黑洞的景象。之前,人類只知道宇宙中存在著行星、恆星、星系,而關於黑洞是什麼,人類是不知道的,自從在宇宙中發現黑洞的存在,人類就特別感興趣,當我們了解黑洞之後,就感覺黑洞是神秘而又吸引人的。
  • 地球最近,肉眼可見的「隱身」黑洞,科學家是怎麼發現的?
    黑洞在白圈內最古老的時候,學者們認為黑洞如同一個黑色的盤子遮住了它後面的星光,而這個盤子黑色的原因是光無法從中逃離,沒有光子進入到我們眼球中,就像一個天黑了不開燈,伸手不見五指。古老過渡簡潔的黑洞,這個盤子並非是二維的,從任意角度去看它,它都是一個盤子隨著愛因斯坦廣義相對論的發表,愛丁頓在日食觀察到太陽使遠處星光的發生偏轉,證明了它,從此我們便知道引力是質量使時空發生彎曲,因此對黑洞的印象我們又要改變一下:
  • 地球最近,肉眼可見的「隱身」黑洞,科學家是怎麼發現的?
    2019年人類第一次拍攝到的黑洞是這樣的:M87星系黑洞,湊倆組個笑臉別看它像個蜂窩煤,這已經很好了,我們還能見點亮,而我們這次發現的,離地球最近的黑洞是這樣子的:黑洞在白圈內最古老的時候,學者們認為黑洞如同一個黑色的盤子遮住了它後面的星光,而這個盤子黑色的原因是光無法從中逃離,沒有光子進入到我們眼球中,就像一個天黑了不開燈,伸手不見五指。
  • 科學家們發現人馬座A附近可能有成千上萬個小型黑洞
    (原標題:科學家們發現人馬座A附近可能有成千上萬個小型黑洞)
  • 黑洞是生命體嗎?科學家在6億光年外的黑洞上找到了答案:它動了
    說起黑洞相信大家都不陌生,顧名思義,黑洞是一個漆黑的無底洞,能夠吞噬萬物。黑洞會將周圍的所有物體、天體以及宇宙碎片都吞噬掉,可以說是海納百川,擁有廣闊的胸懷。如今科學家們也不知道黑洞到底能容納多少物質,這些被吞噬的物質又會去哪裡,還是說化為宇宙塵埃?前段時間,科學家對黑洞進行研究的時候,發現黑洞也是一個生命,因為人類第一次聽到了黑洞的心跳聲。
  • 黑洞真的存在嗎?研究黑洞的科學家獲得了諾貝爾物理學獎
    之後又提出霍金輻射: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,自己推翻了自己的理論。後來,天文學家們在所謂黑洞的周圍發現了吸積盤和兩極的相對論性噴流。黑洞怎麼能噴發相對論性噴流呢?一些科學家解釋說:黑洞「吞噬」天體,「進食」大量物質時,會「打嗝」,「吐出」高速等離子體噴流。