專家:黑洞照片不僅印證了愛因斯坦的廣義相對論,更可直接測量中心...

2021-01-12 央廣網

4月10日晚 ,科學家發布人類拍攝的首張黑洞照片。(事件視界望遠鏡合作組織供圖)

央廣網北京4月11日消息(記者孫冰潔)一個金黃色的圓環在漆黑的宇宙「背景板」中清晰可見,10日晚,當這幅人類拍攝的首張黑洞正面照甫一亮相,立即引起了全球關注。不少網友甚至將其戲稱為「甜甜圈」,在網絡上掀起了一輪P圖大戰。首張黑洞照片,揭示了室女座星系團中M87星系中心超大黑洞的觀測信息,也使得一百多年前愛因斯坦提出的廣義相對論再次得到了試驗驗證。

 愛因斯坦「叕」對了

黑洞照片發布首日,中科院上海天文臺副研究員左文文寫下這樣一段文字:「如果要評選出2019年最有價值和最受期待的照片,那麼非黑洞照片莫屬。」在他看來,這是5500萬光年外的大質量星系M87中心超大質量黑洞的黑洞陰影照片,也是人類拍攝的首張黑洞照片。它是黑洞存在的直接「視覺」證據,從強引力場的角度驗證了愛因斯坦廣義相對論。

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,而該勢力範圍被稱作黑洞的半徑或事件視界。愛因斯坦的廣義相對論曾預言,由於黑洞的存在,人們將會看到中心區域存在一個由於黑洞視界而形成的陰影,其周圍環繞一個由吸積或噴流輻射造成的如新月狀的光環。

 直接測量黑洞質量

「從圖像上首先我們看到的是黑洞的陰影,亮度亮的地方和中心暗的區域,這次的直接成像幫助我們直接確認了黑洞的存在。」國家天文臺研究員、中國科學院大學教授苟利軍告訴央廣記者,在「事件視界望遠鏡(EHT)」的工作過程和後來的數據分析過程中,科學家們發現,所觀測到的黑洞陰影和相對論所預言的幾乎完全一致,令人不禁再次感嘆愛因斯坦的偉大。

苟利軍認為,黑洞照片的另一個重要意義在於,科學家們可以通過黑洞陰影的尺寸限制中心黑洞的質量了。「在此之前,科學家精確測量黑洞質量的手段非常複雜,觀測、探測黑洞的方式非常間接,並不是直接的觀測方式。」此外,苟利軍表示,限於之前望遠鏡的解析度,科學家們探測黑洞都是依靠黑洞周圍的物體以及黑洞噴發出來產生的噴流等,而這次就對M87中心的黑洞質量做出了一個獨立的測量。

為什麼黑洞照片現在才公布?

事實上,人類關於黑洞的理論預言出現的時間不短,VLBI技術也並不是近十年才成熟。為什麼現在才「拍」到第一張黑洞照片?苟利軍認為,一個重要的原因是,想要利用VLBI(甚長基線幹涉測量)技術構成一個等效口徑足夠大、靈敏度足夠高的望遠鏡,需要在全球各地廣泛地分布著足夠多的這類望遠鏡。過去十年中,技術的突破、新射電望遠鏡的不斷建成並加入EHT項目、算法的創新等,終於讓天文學家們打開了一扇關於黑洞和黑洞視界研究的全新窗口。

 未來期待看到黑洞更多、更豐富的細節

在不少天文學家看來,對M87*黑洞的順利成像絕不是EHT的終點站。

受限於觀測解析度和靈敏度等因素,苟利軍認為,目前的黑洞細節分析還不完善。「通俗理解,我們可以直觀看到照片像素還不高,解析度有限,觀測的區域有限。」未來隨著更多望遠鏡加入,他期望看到黑洞周圍更多更豐富的細節,從而更深入地了解黑洞周圍的氣體運動、區分噴流的產生和集束機制,完善人類對於星系演化的認知與理解。

「下一步可以從技術上把望遠鏡之間的距離再加大,提高它的(角)解析度,使像素變得越來越高,此外就是增加更多的望遠鏡,提高它的靈敏度。」苟利軍說。

據記者從中科院上海天文臺了解,EHT項目本身還將繼續「升級」,還會有更多的觀測臺站加入EHT,靈敏度和數據質量都將提升,「這樣的話我們就能夠看清更多的細節,對於M87*的觀測結果分析還能更加深入,從而獲得黑洞周圍的磁場性質,對理解黑洞周圍的物質吸積及噴流形成至關重要。」苟利軍說。

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    其中,彭羅斯因「發現黑洞形成是廣義相對論的堅實預言」擁有一半貢獻,根澤爾和格茲則因「發現我們銀河系中心有一個超大質量緻密天體」而分享另一半。諾獎官網新聞稿用「黑洞和銀河系中最黑暗的秘密」來形容今年的獲獎成果。諾貝爾物理學獎委員會主席大衛·哈維蘭(David Haviland)表示:「今年獲獎者們的發現為緻密和超大質量天體的研究開闢了新天地。
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