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黑洞照片由200名研究者合作完成,中國期待成為重要一員

2019-04-11 09:28 來源: 我要評論0 字號:
【導讀】 由于光線無法逃出黑洞,科研人員要拍的實際上是黑洞產生的“陰影”以及周圍的吸積盤等,從而描繪出黑洞的輪廓。此次拍照的一個目標是代號為M87的超巨橢圓星系中心黑洞,它的質量是太陽的65億倍,但離我們實在太遠,達到5500萬光年。

新華社北京4月10日報道,人類獲得的首張黑洞照片10日面世。這一重大科學成果由全球多國科研人員歷經數年合作完成。那么,這張照片在科學上有多重要?拍到黑洞照片有多難?中國又發揮了什么作用?

“具有歷史性意義”

兩百多年前,就有科研人員設想宇宙中存在一種質量巨大、引力強到連光也無法逃脫的天體。愛因斯坦在一百多年前提出的廣義相對論,可用于計算出這種天體的若干性質。但黑洞作為一個科學術語,直到20世紀60年代才由美國天體物理學家約翰·惠勒提出。

幾十年來,黑洞引發人們無數遐想,但沒有人知道它的真正模樣。正因為這個,第一張黑洞照片才備受期待,被譽為“非凡的科研成果”,是天文學上的“重要里程碑”,“具有歷史性意義”。

給黑洞拍照的“事件視界望遠鏡”項目科學委員會主席、荷蘭奈梅亨大學教授海諾·法爾克告訴新華社記者,黑洞涉及人類對宇宙的根本了解,“我們的宇宙中有兩大理論,愛因斯坦的相對論描述了宏觀,量子力學描述了微觀,但是在黑洞的邊緣,相對論與量子力學無法協調,在那里可能會發現新的東西”。

美國亞利桑那大學天文學副教授丹尼爾·馬羅內認為,黑洞之所以重要,是因為它在長時間尺度上會影響宇宙演化。但人們并沒有完全了解黑洞如何吞噬物質,然后又將其中一部分以接近光速向外噴射,影響其所在星系。黑洞照片不僅將為廣義相對論提供新信息,也有助于了解黑洞噴流的形成過程。

1919年,人們在非洲和南美出現日食時觀測到光線的彎曲,從而驗證了廣義相對論相關預言的正確性。百年后發布的黑洞照片,又一次支持廣義相對論。不由讓人想起被多次重復的那句話:愛因斯坦又對了。

“上一代人不可能做到的事”

由于光線無法逃出黑洞,科研人員要拍的實際上是黑洞產生的“陰影”以及周圍的吸積盤等,從而描繪出黑洞的輪廓。此次拍照的一個目標是代號為M87的超巨橢圓星系中心黑洞,它的質量是太陽的65億倍,但離我們實在太遠,達到5500萬光年。

要拍攝這么遠的對象,科學家模擬出口徑像地球一樣大的望遠鏡,這就是“事件視界望遠鏡”,它集合了分布在全球各地的多個射電望遠鏡。從智利阿塔卡馬沙漠到南極冰原,從西班牙的高山到夏威夷的海島,8個射電望遠鏡通過“甚長基線干涉測量技術”聯合起來,成功拍到人類歷史上第一張黑洞照片。

談及給黑洞拍照的難度,項目協作委員會主席、德國馬克斯·普朗克射電天文研究所所長安東·岑蘇斯打比方說:“如果地球是平的,那使用這一技術可以從波恩看清紐約街頭報紙上的字。”

經大約兩年的數據處理及理論分析,照片才成功“沖洗”出來。照片展示了一個中心黑色的明亮環狀結構,有點像甜甜圈,也與此前科幻電影《星際穿越》科學顧問根據相對論等模擬的黑洞圖片相似。“事件視界望遠鏡”項目專家認為,與理論預測一致,這也證明拍到的就是黑洞。

“我們已經完成了上一代人認為不可能做到的事情,”項目主任、美國哈佛-史密森天體物理學中心的謝潑德·杜勒曼總結說,“技術的突破、世界上最好的射電望遠鏡之間的合作、創新的算法都匯聚到一起,打開了一個了解黑洞的全新窗口。”

此外,此次合作匯集了全球超過200名研究人員的共同努力,項目協調并非易事。項目科學委員會主席法爾克說:“不同文化、不同機構、不同國家和大洲(的科研人員)走到一起合作并不容易,但如果有共同愿景的驅動,有首次看到黑洞的共同夢想,合作就變得可能。”

“期待中國成為重要一員”

在“事件視界望遠鏡”項目中,中國科學院天文大科學研究中心(國家天文臺、紫金山天文臺和上海天文臺)參與了位于美國夏威夷的東亞JCMT望遠鏡對黑洞的觀測,多名中國學者是此次黑洞照片相關論文的作者。

不過,中國天文學界清醒地認識到目前的“參與者”角色。中國科學院國家天文臺副臺長薛隨建指出,這次“算是重在參與”,但為在相關科研領域“機制性參與國際合作組織、逐漸發揮越來越重要的作用,做出了良好的示范”。

毫無疑問,“在中國科學界參與的三十米望遠鏡(TMT)等其他重大國際項目中,那些可預期和不可預期的重大發現將更加激動人心,”薛隨建在接受新華社記者采訪時說。

太空可能是中國未來能發揮更多作用的地方。法爾克說,今后要拍攝更好的黑洞照片,就需要比地球還大的望遠鏡,這就需要走向太空,“中國在射電干涉測量技術和太空探索方面的能力正快速增長,我期待未來中國能成為這個領域的重要一員”。

回顧與國際同行共同拍出人類首張黑洞照片的經歷,中國科學院上海天文臺研究員路如森說:“作為長期深度參與‘事件視界望遠鏡’國際合作的中國研究人員,我覺得這張黑洞照片是科學共同體的努力結果。科學對人類發展至關重要,人類的科學共同體也是人類命運共同體的重要組成部分。”

作者:暫無
編輯:楊毅
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