属于咱们银河系的黑洞照片来啦!拍照的技术难在哪?

还记得3年前公布的M87室女座星系黑洞照片吗
不少网友表示
“这不就是个甜甜圈吗”
属于咱们银河系的黑洞照片来啦!拍照的技术难在哪?-有驾
浩瀚宇宙,仿佛无边无际的大海
星系就是大海中的一座座小岛
我们地球所在的银河系也是其中一座
而在银河系中心,有一个超大质量黑洞
昨晚
天文学家们公布了这个超大质量黑洞的首张照片
这是大家期待已久的
关于银河系中心的大质量天体的真面目肖像
嗯...
还是挺像甜甜圈的
属于咱们银河系的黑洞照片来啦!拍照的技术难在哪?-有驾
它来自Sagittarius A*
即人马座的中心
距离地球超过26000光年
质量超过太阳质量的400万倍
相比M87中央黑洞
这个黑洞离我们更近
想不想知道照片背后的奥秘?
跟着科博士看看吧!
为TA拍写真
到底难在哪?
事实上,人马座A*距地球更近,但先成像的却是更遥远的 M87 星系黑洞。这是因为,为人马座A*拍写真所要经历的困难大得多。
光芒更弱
作为一个拥有吞天噬地技能的黑洞,人马座A*并未展现出它应有的“事业心”,大概1000年才能吞噬一倍太阳质量的物质,开疆扩土的效率仅是M87星系黑洞的百分之一。如此低的活跃性,导致它的吸积盘光芒较弱,很难被望远镜捕获。
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质量更小
人马座A*黑洞的 “佛系”,还体现在它的质量上——只相当于太阳的400万倍,这样的体型在超大质量黑洞界过于娇小了。因为体型太小,围绕人马座A*黑洞旋转的物质运动速度也更快。
M87星系黑洞的质量有太阳的65亿倍之多,它的半径更是人马座A*黑洞的1500倍以上。相比之下,人马座A*黑洞的事件视界小而暗淡,对事件视界望远镜的观测提出了更高的要求。
周围环境干扰
实际上,正如那句诗说的,“不识庐山真面目,只缘身在此山中” 。虽然这个黑洞位于银河系的中心,我们自己却处于银河系内部,拍起来更不容易。
人马座A*黑洞所在的银河系中心区域,星光缭绕,尘埃密布,会遮挡射电望远镜的观测视线。
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此外,人马座A*黑洞还开启了“防偷拍”模式。恒星爆炸和超大质量黑洞外流将气体加热到数百万度,炽热的气体云和星际尘埃围绕着黑洞运动,不时发出独特闪光将黑洞隐没其中。
韦布空间望远镜人马座A*观测团队的首席研究员法尔哈德尤瑟-泽德(Farhad Yusef-Zadeh)称:“在已知的超大质量黑洞中,银河系中心黑洞是唯一有这种独特闪光的,虽然不利于拍摄,但使人马座A*有了更多科学趣味。”
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虽然拍摄难度更大
但也没有难倒科学家们
他们应用了什么新手段来拍摄这张写真?
拍这张写真
需要哪些新技术?
波长更长的红外或射电波段
M87几乎是处于转轴的方向,而我们是处于银盘之上,因此相比较来说,银心黑洞在成像时会受到很多的遮挡。比如,在光学波段去观察银河系时,我们会看到很大的尘埃等气体的遮挡,这个时候就必须利用波长更长的红外或射电波段。
更高的清晰度
目前成熟的是毫米波和亚毫米波波段,也就是视界面望远镜,值得一提的是,它利用全球不同的亚毫米和毫米波望远镜组成了一个阵列,口径可以达到上万公里。
这张照片与2019年所拍摄的M87的照片非常类似,都是利用全球8个不同的毫米波望远镜(EHT)来拍摄的。
EHT通过超长基线干涉(VLBI)技术,将世界各地的多个射电望远镜整合成一个虚拟望远镜,拥有超高分辨率与灵敏度,如此才能为黑洞拍摄“写真”。
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值得一提的是,美国夏威夷的JCMT望远镜,是中国参与运行的一个望远镜,不少中国科学家应该是在这里进行的观测。很遗憾的是,目前红外观测能够达到的最大直径是上百米,比如欧洲南方天文台的VLT/gravity,观测直径可以达到130米,但是距离公里的口径量级还是相差很大,希望我们在未来可以利用红外波段能够看到黑洞的照片。
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新的复杂工具
我们知道,银河系的黑洞大约只有400万倍太阳质量(根据2020年诺奖结果),而M87的黑洞达到了65亿倍太阳质量,前者比后者小了1650倍。
从大小上而言,银河系中心的黑洞明显稍微小一些,但是银河系中心的黑洞的拍摄难度更大一些,这是因为,银河系中心的黑洞的质量要比M87小很多,距离要近很多,所以周围物质变化的可能性要大很多。
属于咱们银河系的黑洞照片来啦!拍照的技术难在哪?-有驾
相比观测M87的黑洞的情况而言,原本好几天时间里的变化,现在变成了在几分钟左右内就会发生,所以观测难度更大。比如说,为了这张照片,科学家们专门开发了新的的复杂工具来考虑Sgr A*的气体。
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那么这张写真
除了可以让我们一览银河系黑洞的壮阔
还有什么更为深远的意义呢?
这张写真
有什么意义?
广义相对论的试验场
最受瞩目的当属对爱因斯坦广义相对论的验证。比如,我们是否能拍摄到气体绕转黑洞的动态过程?黑洞是已知宇宙中最极端的环境,其对光线的引力透镜效应是检验爱因斯坦相对论的方法之一。
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未来,咱家银河系中最强的引力场——人马座A*黑洞,将继续作为探索爱因斯坦广义相对论的理想试验场。
科学家们对获得了两个大小非常不同的黑洞图像非常兴奋,他们希望借此机会进一步测试重力现象在黑洞极端环境中的表现,缩小广义相对论的计算误差,为引力物理学带来全新突破。
为后续黑洞项目提供借鉴
科学家已经开始用新的数据来检验超大质量黑洞周围气体行为的相关理论和模型。“我们已有了两个质量相差1500倍以上的黑洞的照片,相比过去,我们将可以进一步更深入地检验极端环境下的引力”。来自天文与天体物理研究所的EHT科学家Keiichi Asada表示。
上海天文台台长沈志强介绍,今年3月份,EHT刚完成了有更多望远镜参与的联合观测。目前,国际团队已经开始谋划推动下一代视界望远镜项目ngEHT,希望通过更多天线台站的加入,提升目前EHT的阵列性能,获得更清晰的超大质量黑洞的照片。
属于咱们银河系的黑洞照片来啦!拍照的技术难在哪?-有驾
除了静态照片,未来ngEHT还预期拍摄黑洞的动态电影。他说,这种电影并非大家在影院中所看的电影,目前黑洞每一帧画面都有很大的变化,科学家希望能够把它们连续拍摄下来,形成高质量的图像动画。
真实直观的黑洞景象
在发布会召开前,可能很多人在听到银河系中心黑洞照片时,期待的是看到《星际穿越》电影当中的黑洞相似的样子,然而结果却并非如此。
属于咱们银河系的黑洞照片来啦!拍照的技术难在哪?-有驾
这是因为,我们看到的是黑洞很近的部分,如果相对比较远的话,那么就会看到类似于《星际穿越》电影当中的景象。
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人类如此渺小
但人类的智慧却能够触及广袤宇宙的纵深处
也许在不远的将来
宇宙,也将不再神秘
本期内容到这里就结束啦
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资料来源:中国科普博览,新京报
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