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专家:人类首张黑洞照片有可能看不清

2019-04-10 16:10:00 来源 : 主妇网 编辑 : 美猴王

先平复一下激动的心境,北京时刻10日晚上21:00,首张黑洞相片行将问世!是的,是首张,此前人类根本都是直接“看到”黑洞,这次则直接“拍”了下来!

  先平复一下激动的心境,北京时刻10日晚上21:00,首张黑洞相片行将问世!

  是的,是首张,此前人类根本都是直接“看到”黑洞,这次则直接“拍”了下来!

  这事究竟有多大?

  这么说吧,今晚全球六地一起举行新闻发布会(比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、我国上海和台北、日本东京以及美国华盛顿),同步发布!这有或许是本年最重要的科学发现之一。

  在上海,EHT项目和我国科学院将发布这一重大成果。

  时刻:北京时刻2019年4月10日21点整

  地址:我国科学院上海地理台

  黑洞是什么?世界中真的有黑洞吗?黑洞的相片会是什么姿态?下面咱们逐个揭晓。

  黑洞是什么?

  自上世纪中期开端,人们对黑洞的探秘就从未中止过。

  200多年前,英国的米歇尔和法国的拉普拉斯就曾提出:一个质量满足大但体积满足小的恒星会发生强壮的引力,致使连光线都不能从其外表逃走,因而这颗星是彻底“黑”的,但这一推论随后被人忘记。

  1915年爱因斯坦宣告广义相对论不久,德国数学家史瓦西得到了静态球对称情况下爱因斯坦场方程的一个解,解在一个特别半径(后称史瓦西半径)处存在奇异性。

 ▲M87星系中心的超大质量黑洞的模仿图画,中心的黑色区域是黑洞的剪影。(图片来历:Jason Dexterand Kazunori Akiyama)
▲M87星系中心的超大质量黑洞的模仿图画,中心的黑色区域是黑洞的剪影。(图片来历:Jason Dexterand Kazunori Akiyama)

  1939年美国物理学家奥本海默等也证明的确存在一个时刻-空间区域,光也不或许从该区域逃逸而抵达远处的观察者。这一区域的鸿沟称为视界,在静态球对称情况下,视界半径便是史瓦西半径。假如某天体的半径小于史瓦西半径,那么该天体就应该是“黑”的,无法被咱们看到。

  科学家们把这些引力极强而又“看不到”的特别天体称为“黑洞”。因而,黑洞也是爱因斯坦广义相对论预言的一种产品。

  世界中的黑洞是怎样被发现的?

  他们发现在一些被X射线望远镜发现的双星(由一个细密星和另一个正常恒星组成)中,细密星的质量比中子星的质量上限(约为3倍太阳质量)还大,但半径却差不多,因而以为这些引力极强的细密星只能是黑洞。

  现在在银河系中已发现20多个黑洞X射线双星,它们的黑洞质量大约是太阳质量的5到20倍。

 ▲黑洞剪影的模仿图画:广义相对论预言剪影是圆形的(中),其他理论则预言了不同的形状(左、右)。(图片来历:D。 Psaltis and A。 Broderick)
▲黑洞剪影的模仿图画:广义相对论预言剪影是圆形的(中),其他理论则预言了不同的形状(左、右)。(图片来历:D。 Psaltis and A。 Broderick)

  最近几年,地上激光干与引力波地理台(LIGO)已宣告勘探到11对双黑洞并合发生的引力波,这些黑洞的质量都是几十个太阳质量。

  地理学家一般把这些质量为几个到一百个太阳质量的黑洞叫恒星级黑洞。

  二次世界大战后,雷达技能广泛用于射电地理,许多世界射电源被发现。这些射电源的光学像有的看起来很像恒星,但光谱观测显现它们本质上不是恒星,而是谱线有巨大红移的银河系外悠远天体。

  这些被称为“类星体”的活动星系核能辐射出比银河系高不计其数倍的能量,其发光原理不能用核反应来解说。

  科学家们以为类星体的动力来自于其间心质量极大的黑洞吸积周围物质所释放出的巨大引力能↓↓

▲类星体中心超大质量黑洞及吸积盘、喷流示意图(图片来历:NASA/Goddard Space Flight Center)
▲类星体中心超大质量黑洞及吸积盘、喷流示意图(图片来历:NASA/Goddard Space Flight Center)

  后来的观测标明像咱们银河系这样的正常星系中心也存在质量在百万太阳质量以上的黑洞,仅仅因为这些正常星系中心的黑洞周围没有多少可供吞噬的物质,所以其体现不如类星体中心的黑洞“活泼”,无法释放像类星体那样巨大的能量。

  地理学家把类星体和星系中心质量在百万到百亿倍太阳质量的黑洞叫超大质量黑洞。

  那么世界中是否存在介于恒星级黑洞和超大质量黑洞之间、质量为几百到几十万倍太阳质量的中等质量黑洞呢?地理学家虽然在一些近邻星系的极亮X射线源中好像已找到中等质量黑洞存在的痕迹,但还需更多的观测予以证明。

  黑洞相片会是什么姿态?

  虽然地理学家已发现了很多的恒星级黑洞和超大质量黑洞,但都是经过黑洞强壮的引力对周围物质和恒星的影响而直接勘探到的。

  世界中的黑洞自身虽然是不发光的(霍金辐射在地理学家发现的黑洞中太弱,可忽略不计),但因为黑洞不是孤立的,它们对周围物质和恒星的影响可发生丰厚的观测现象让地理学家发现它们,并丈量出其最重要的物理参数——质量。在少量情况下,地理学家乃至还可使用观测成果丈量出一些黑洞的自转。

  但至今还缺少对黑洞的直接勘探和成像。黑洞最主要的特点是存在事情视界,巨细为史瓦西半径。

▲恒星级黑洞体系示意图
▲恒星级黑洞体系示意图

  对质量为几十个太阳质量的银河系内恒星级黑洞而言,史瓦西半径只要几十公里,而这些黑洞间隔咱们都有上万光年(1光年约为9.5万亿公里)之遥,事情视界的巨细相关于间隔实在太小了,所以彻底无法勘探。最或许对其事情视界直接成像的黑洞是离咱们很近的两个超大质量黑洞,即人马座方向银河系中心和室女座方向射电星系M87中心的黑洞。

  银河系中心黑洞Sgr A*质量约为4百万太阳质量,间隔咱们2.5万光年,事情视界半径约1.2千万公里。射电星系M87中心黑洞质量为60亿太阳质量,间隔咱们5千万光年,事情视界半径约180亿公里。

  要对这两个超大质量黑洞的事情视界邻近照像,望远镜的分辩率需求到达十个微角秒(一微角秒为百万分之一角秒)左右,这适当于要分辩出月亮上的一个乒乓球,关于人类是一个极大的应战!闻名的哈勃空间望远镜的分辩率也只要0.05角秒。

  但地理学家仍是想出了方法,他们使用散布在全球几大洲的8个毫米波望远镜组成干与阵列(即事情视界望远镜EHT),阵列的基线长度和地球巨细适当,角分辩率可达几十微角秒,因而具有对银河系中心黑洞和射电星系M87中心黑洞视界面邻近区域进行成像的才能。

  那么,事情视界望远镜拍照的黑洞相片终究会是什么姿态呢?

▲望远镜在全球散布示意图,红点代表望远镜所在地。
▲望远镜在全球散布示意图,红点代表望远镜所在地。

  首要,黑洞自身是不发光的,咱们看到的发光实践都来自于事情视界外面的物质,并不来自于黑洞自身,但黑洞的存在会在相片上留下“暗影”。

  其次,因为黑洞强引力导致的相对论效应,如光线曲折、引力红移等,会导致黑洞周围物质发光的不对称和歪曲。

  此外,事情视界外面的“环境”并不彻底洁净,尘土、气体、磁场、喷流等要素都会对事情视界外物质的发光发生影响。并且,事情视界望远镜的分辩率究竟仍是有限的,图画的丈量和重构进程也很杂乱↓↓

▲事情视界望远镜(EHT)团队模仿的黑洞邻近相片及其丈量和重构进程。
▲事情视界望远镜(EHT)团队模仿的黑洞邻近相片及其丈量和重构进程。

  因而,虽然咱们对事情视界望远镜拍照的首张黑洞相片十分等待,但假如终究看到发布的相片不那么漂亮和明晰(比如像上图右边的姿态),也请我们不用感到意外。

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