沙海,人们第一张黑洞相片为什么高糊?系统性解释8个黑洞难题,鱼翅的做法

楚国

原标题:人类首张黑洞相片为啥高糊?威望答复你最关怀的8个黑洞问题

今晚九点,人类首张黑洞相片在全球六地的视界面望远镜发布会上同步发布。

经过绵长的等候,在全球200多位科学家的尽力之下,榜首幅黑洞相片新鲜出炉。

榜首张黑洞相片来了↓↓

长久以来在电脑上模仿得到的黑洞形象,榜首次真实地出现在咱们的眼前。在这张来自视界面望远镜的相片里,M87中心黑洞好像电影《指环王》中索伦的魔眼,在温暖而奥秘的沙海,人们榜首张黑洞相片为什么高糊?体系性解说8个黑洞难题,鱼翅的做法赤色光环中心,是一片深黑的无底之洞。

这个圆环健身教练的一侧亮一些,另一侧暗一些,原因在于吸积盘的运动效应——朝向咱们视野运动的区域由于多普勒效应而变得更亮,远离咱们视野运动的区域会变暗。中心黑色的区域便是黑洞自身——光线无法逃离沙海,人们榜首张黑洞相片为什么高糊?体系性解说8个黑洞难题,鱼翅的做法之处。

从1968年美国天体物理学家约翰惠勒提出“黑洞”的概念,到100多年前德国物理学家卡尔史瓦西为黑洞做出准确解,再到今日咱们收成了榜首张黑洞的相片,人类对黑洞和世界的知道又迈出了要害一步。

在2017年4月全球8个射电望远镜阵列组成虚拟望远镜网络”事情视界望远镜”(EHT)并拍下榜首张黑洞相片之时,咱们就曾写到:“人类榜首次看到黑洞的视界面,不管咱们终究得到的黑洞图画是什么姿态——是像电影画面一般壮丽恢宏,或许只要普者黑旅行攻略几个含糊的像素点——事情视界望远镜都万艾可的效果含义特殊,这是咱们在黑洞观测史上迈出的亓怎样读重要一步。观测效果不仅仅是一张相片那么简略,它一方面呼应着爱因斯坦的广义相对论,一方面也将协助咱们答复星系中的壮丽喷流是怎样发生并影响星系演化的。咱们将成为有史以来榜首批‘看见’黑洞的人类,真是好运气。”

两年之passion后,这张名贵的相片为走运的咱们答复一起也提出了更多的问题。

问题1:这张值得全世界六地一起劳师动众发布的相片,究竟是怎样拍出来的?

在曩昔10多年时刻里,麻省理工学院(MIT)的科学家们联合了其它研讨机构的科研人员,打开了激动人心的“事情视界望远镜”项目,全球多地的8个亚毫米射电望远镜一起对黑洞打开观测。

它们北至西班牙,南至南极,向选定的方针(两年前视界面望李杰宇远镜选定了两个观测方针,一是银河系中心黑洞SgrA*,二是坐落星系M87中心的黑洞)撒出一条大网,捞回海量数据,以勾勒出黑洞的容貌。

事实上,亚毫米波段和咱们十分了解的可见光有着大相径庭。这个波段咱们是无法直接看到的,所以,使用亚毫米波段给黑洞摄影,其实便是得到黑洞周围辐射的空间散布图。

关于咱们日常触摸的光学相片来说,它反映的是光学波段不同色彩或许频率的光子在不同空间方位上的散布情况。了解了这一点今后,咱们就很简略了解亚毫米波段“黑洞照相馆”的原理了。毛诞日

虽然是在单个频率进行亚毫米波段观测,但由于黑洞周围不同区域的光子所发生的辐射强度不同,咱们所以能够得到一个光子强度散布图,然后咱们年月静好是什么意思假定不同的强度对应着不同的色彩,就能够得到一胡斐终究和谁在一起幅“伪色图”——图中的色彩很或许是科学家依据个人喜爱自行设定的色彩——这也能够解说M87的相片为什么是魔眼色,而不是电影《星际穿越》中黑洞“卡冈图雅”的亮黄色。

问题2:电影《星际穿越》中的“卡冈图雅”黑洞有着深不见底的黑色中心与立体明晰的气体圆环,此次发布的相片里的M87为何含糊许多?

和光学相片的明晰度问题相同,本源在于分辩率。

依据天文学家所了解的常识,要想进步望远镜的分辩率,咱们能够做两方面的尽力:一是下降观测频段光子的波长(等价于增强能量),二是添加望远镜的有用口径。这一次,经过VLBI技能对全球8个不同当地的望远镜进行联网,咱们得到了一个口径达1万公里的望远镜,在VLBI技能相对老练的射电波段之沙海,人们榜首张黑洞相片为什么高糊?体系性解说8个黑洞难题,鱼翅的做法内,科学家们挑选了能量最高的区域——毫米和亚毫米波段。

值得注意的是,此处的有用口径,其实取决于望远镜网络傍边相距最远的两个望远镜之间的间隔。2017年有8个亚毫米波望远镜参加了观测,2018年北极圈之内格陵兰岛的亚毫米波望远镜也参加其间,基线长度进一步添加,也进一步改进了望远镜的分辩率。

可是,虽然是非头像咱们现在的亚毫米望远镜基线现已到达了1万公里,但空间分辩率刚到达黑洞视界面的尺度,所以在科学家们观测的有限区域内,就适当于只要有限的几个像素。在《星际穿越》电影傍边,天文学家基普索沙海,人们榜首张黑洞相片为什么高糊?体系性解说8个黑洞难题,鱼翅的做法恩想象的黑洞形象——包括吸积盘的许多详细细节——都经过技能手法出现了出来,可是在真实的情况下,咱们在相片中只能看到吸积盘上的几个亮斑罢了。

随之而来的一个问题是,已然咱们能够将两个望远镜放置得很远然后完结更高的分辩率,那么咱们能否只用两个望远镜来完结黑洞相片呢?

很惋惜,不可。观测要求的不仅仅是分辩率,还有灵敏度——高分辩率能够让咱们看到更多的细节,而高灵敏度则能够让咱们看到更暗的天体。

在视界面望远镜的阵列中,坐落南极的SPT望远镜在添加基线长度或许说再进步望远镜的分辩率方面起到了十分大的效果,而坐落智利的ALMA望远镜阵列关于进步灵敏度十分重要——望远镜真实的有沙海,人们榜首张黑洞相片为什么高糊?体系性解说8个黑洞难题,鱼翅的做法效面积越大,灵敏度也就越高,ALMA望远镜阵列将视界面望远镜的灵敏度提蔓越莓饼干高了10倍以上,这也就意味着咱们能够勘探到更弱的天体。

假如未来将更多望远镜参加到这个阵列,咱们就能勘探到更弱的辐射区域,看到更多的细节,得到一张更加明晰的黑洞相片。

问题3:视界面望远镜2017年开端给黑洞拍相片,2019年才发布效果,为什么这张简略而“含糊”的相片“冲刷”了两年之久?

榜首,望远镜观测到的数据量十分巨大。2017年时8个望远镜的数据量到达了10PB(=10240TB),2018年又添加了格陵兰岛望远镜,数据量持续添加。巨大的数据量为处理让数据处理的难度不断加大。

别的,在数据处理的进程傍边,科学家也遭受了不少技能难题——黑洞邻近的气体处于一种极点环境傍边,其运动有着十分多的不确定性——为了处理这些问题,科学家们还专门开发了特定的程序和东西。

终究,为了确保效果的准确性,在终究数据处理的时分,谨慎的科学家们在两个不同的当地别离处理、别离验证。全世界规模内设立了两个数据中心,一个是坐落美国的麻省理工学院,别的一个是坐落德国的马普射电所,二者互相独立地处理数据,也互相验证和校正,确保了终究效果的准确牢靠。

问题4:黑洞研讨历时已久,四年前引力波现已让咱们“花田医女听”到了来自黑洞兼并的声响,为什么直到今日咱们才“看”到黑洞的相片?

简略地说,是由于黑洞区域真实太小地塞米松磷酸钠了——而之前望远镜的角分辩率或许扩大倍数不够大,在曩昔的几年中,咱们才真实完结了能够看到黑洞邻近区域的分辩才能。

其实,早在2017年进行全球联网观测之前,全球许多科学家现已为此尽力了十多年的时刻,并且使用8个望远镜阵列傍边的几个进行了联网测验,勘探了银河系黑洞邻近的区域,效果确真实亚毫米波段勘探到了周围的一些辐射,这给了团队很大的决心。

在此之前,虽然科学家们现已把握了许多证明黑洞的确存在的电磁观测数据,可是这些依据都是直接的——少量科学家会提出一些奇怪的理论来作为黑洞的代替物,由于咱们并没有直接观测到黑洞的容貌。

2016年勘探到的双黑洞兼并发生的引力波,更是让人们更加信任黑洞的存在。但引力波是相似于声波的“听”的方法,而电磁方法是一种“看”的方法,关于更倾向于“眼见为实”、“有图有本相”的人类而言,以直观的电磁方法勘探到黑洞仍是十分让人等待的。所以,在2016年头引力波被直接勘探到之后,视界面望威士忌怎样喝远镜并没有抛弃观测,反而以全球联网的方法,把这一勘探技能面向了极致。

问题5:如此大费周章,除了满意人们“眼见为实”的愿望,黑洞相片关于验证相对论、揭秘星系演化有何含义?

这次的直接成像除了协助咱们直接承认了黑洞的存在,一起也经过模仿观测数据对爱因斯坦的广义相对论做出了验证。在视界面望远镜的作业进程和后来的数据剖析进程中,科学家们发现,所观测到的黑洞暗影和相对论所预言的简直完全一致,令人不由再次感叹爱因斯坦的巨大。

别的一个重要含义在于,科学家们能够经过黑洞暗影的尺度约束中心黑洞的质量了。这次就对M87中心的黑洞质量做出了一个独立的丈量。在此之前沙海,人们榜首张黑洞相片为什么高糊?体系性解说8个黑洞难题,鱼翅的做法,准确丈量黑洞质量的手法十分复杂。

受限于观测分辩率和灵敏度等要素,现在的黑洞细节剖析还不完善。未来跟着更多望远镜参加,咱们希望看到黑洞周围更多更丰厚的细节,然后更深化地了解黑洞周围的气体运动、区别喷流的发生和集束机制,完善咱们关于星系演化的认知与了解。

问题6:那么,“黑洞照相馆”能够给一切黑洞拍相片吗?

科学家之前勘探黑洞,是经过勘探黑洞周围的吸积盘或许黑洞喷流发生的辐射,来直接地勘探黑洞的存在。

从理论上来讲,任何能够发生辐射的黑洞都是合适摄影的,但受技能约束,咱们只能挑选拍杨晓晾莲花落视频全集摄到那些看起来十分大的黑洞,这样才有或许看到黑洞周围的一些细节。

视界面望远镜此次观测其实选定了两个方针:一个是咱们银河系中心的超大质量黑洞,质量为450万倍的太阳质量,间隔地球2.6万光年;别的一个是坐落M87星系中心的黑洞,其质量为65亿倍的太阳质量,间隔地球5300万光年。

黑洞半径通常以史瓦西半径来描绘,与黑洞质量成仅有正比联系,假如咱们将视界巨细界说为黑洞直径和黑洞间隔的比值,那么咱们能够知道,银河系中心黑洞的视界巨细约为M87中心黑洞视界巨细的1.4倍。这是咱们知道的最大的两个黑洞,而那些质量只要几十个太阳质量的恒星级黑洞,虽然间隔相对比较近,可是由于其质量过小,视界巨细更小,就更难被咱们的望远镜看到了。

问题7:已然银河系中心的超大质量黑洞这么大、间隔这么近,为什么这一次只发布了更为悠远的M87的相片,而没有银河系中心黑洞的相片呢?

M87中心黑洞邻近气体活动比较剧烈,咱们之前现已观测到了它所发生的激烈喷流,相较之下,银河系黑洞的活动不那么剧烈。

别的一个很重要的原因是,咱们的太阳系处在银河系的银盘上,在咱们企图使用视界面望远镜勘探来自于黑洞周围的辐射或光子的时分,这些光子会遭到传达途径上星际气体的影响——气领会散射这些光子,将观测效果含糊化。

而M87是一个包括气体很少的椭圆星系,遭到的气体搅扰相对宇智波佐助少许多,科学家们能够比较顺利地进行观测。咱们在大气层之内观测天体时也会有相似情况,由于大气扰动的原因,望远镜的分辩率有时很难到达抱负情况。消除星际气体散射的效应是科学家接下来需求战胜的一个重要难题。

问题8:今晚我国上海的EHT项目和我国科学院也发沙海,人们榜首张黑洞相片为什么高糊?体系性解说8个黑洞难题,鱼翅的做法布了这一重大效果。我国科学家在“黑洞照相馆”中发挥了什么效果?全球科学家是怎样打配合战的?

我国大陆的望远镜并没有直接参加到视界面望远镜的观测傍边,最直接的一个原因在于,我国大陆两个建好的亚毫米波望远镜(一个是坐落青海德林哈的13.7米望远镜,另一个是坐落西藏的CCOSMA望远镜)不具备VLBI联网功用。但即便它们能够完结联网,同步观测也无法完结,由于咱们的两个望远镜正好坐落灵敏度十分高的A赛肤康LMA阵列的反面方位。

广为人知的我国FAST天眼望远镜也没有时机参加到视界面望远镜的观测队伍。首要其作业波段不同,别的,亚毫米波光子很简略被大气中的水蒸气所吸收,所以视界面望远镜都坐落海拔比较高并且枯燥的当地,比方ALMA望远镜就坐落海拔5000多米的acatama沙漠傍边。

可是,坐落夏威夷的麦克斯韦望远镜(JCMT)是EHT联合观测网络节点之一,由我国科研机构参加,为视界面望远镜供给了必不可少的观测保证。

此外,部分我国科学家也参加了后期的数据剖析和评论,为世界上榜首张黑洞相片做出了奉献。

来历:我国科普饱览

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