[科普中国]-黑洞的第一张照片将发布，首张画像已沿用40年

黑洞的第一张特写图像（2018，Discover）图：几十年的模拟表明，这就是气体和尘埃在黑洞周围盘旋的样子。我们很快就能看到真迹了。Roen Kelly/Discover1979年，法国天体物理学家让-皮埃尔-卢米内（Jean-Pierre Luminet）在没有超级计算机的时代，向全世界展示了黑洞可能的模样。他手上仅有一台IBM 7040和一些打孔纸。卢米内早就知道黑洞是不发光的，但是围绕着它旋转的物质——从附近恒星中剥离出来的尘埃和气体——会一直闪耀着，直到被完全吞噬。卢米内认为，通过这些物质发出的光，可以追踪黑洞的形状，包括其强大引力所导致的时间扭曲。当冰箱大小的IBM计算机在1970年代后出现时，卢米内用墨水和钢笔手绘了黑洞的图像。他描绘了黑洞的事件视界，在那里没有任何东西可以逃离；还有一个吸积盘，由从附近恒星上剥离的物质聚集而成。虽然黑洞只有一个吸积盘，但强大的引力就像镜子屋那样将其变成两个垂直的圆盘结构，它们在离黑洞更近的地方显得更亮，而且一侧比另一侧亮。大约40年之后，卢米内的黑洞预测基础仍然有效，但他的黑洞图像和其他一切都是绘画，并非照片。这个情况即将发生改变，来自EHT（事件视界望远镜）项目的科学家将很快发布人马座A*（人马座A星）黑洞的真实照片。这是我们所属银河系中心的超大质量黑洞。作为备份，科学家对我们邻近星系M87的中心黑洞也进行了观测，并掌握了相关数据。人马座A*黑洞的照片可以帮助我们揭开宇宙中最神秘天体之一的神秘面纱，甚至有助于解释诸如银河系这样的星系是如何形成和演化的。图注：EHT不仅仅是一个望远镜：它是由夏威夷、亚利桑那、西班牙、墨西哥、智利和南极洲的八个射电望远镜组成的网络。Alison Mackey/DiscoverEHT不仅仅是一个望远镜，它是一个由八个射电望远镜组成的观测网，这些射电望远镜分布在夏威夷、亚利桑那、西班牙、墨西哥、智利和南极洲。天文学家将它们对准宇宙中某个方向，同时观测同一个天体，然后将这八个射电天线的数据合并成一幅图像。其效果就和用一个大口径（高精度）望远镜观测到的一样，该“口径”相当于其中两座距离最远射电天线的距离。换句话说，他们创造了一个“口径和地球大小相仿的虚拟望远镜”。这种观测方法称为甚长基线干涉测量法，简称VLBI。但利用VLBI法观测时有一个技巧，根据EHT项目主管Shep Doeleman的说法：VLBI的秘诀在于，要让这个巨大的虚拟望远镜发挥作用，我们在每个参与观测的射电望远镜中，都放置了一个原子钟。当这些射电望远镜盯住人马座A*黑洞的时候，数据就会被原子时间所标记，就好像在按时间排队一样。然后，科学家将所有在同一时间收集的数据排列整齐，比如，将一台望远镜在格林尼治标准时间下午5:13采集的数据，和其他望远镜在该时刻收集的数据放在一起。为了实现这一点，射电望远镜机构的科学家需要亲自带着这些数据，去同一个地方碰头。虽然研究人员通常会在线共享他们的数据，但这项工作的数据量实在太大了，无法通过网络进行传递。EHT项目主管Shep Doeleman说，不论在任何地方，获得数据的唯一方法就是用硬盘进行空中传递，研究人员将其称为跑腿的网络，这是将模拟数据集中处理的终极方式。EHT项目团队在2017年4月在智利进行了第一次真正意义上对黑洞的观测，动用了智利的阿塔卡玛大毫米波-亚毫米波阵列（ALMA）望远镜。ALMA望远镜是一个强大的观测武器，可以让EHT的空间观测能力变得更加强大。使用ALMA望远镜并不是一个简单的事，天文学家必须将ALMA望远镜的66个碟形天线合并成一个单独的数据，然后才能将它与其他望远镜的观测结果联合起来。图注：阿塔卡玛大毫米波阵列望远镜尽管如此，科学家在使用ALMA望远镜观测后，又做了近一年的数据分析，还是没能得到一张黑洞的相片。其中最大的问题在于缺少了南极望远镜的数据，天文学家不得不等到南极恶劣天气好转之后才能将硬盘数据寄出，并且在12月抵达麻省理工学院的Haystack天文台进行处理。为什么黑洞的第一张照片值得科学家如此努力？用Doeleman的话说，这是科学领域的空白。“黑洞是宇宙中最神秘的天体”，他说，“或许，除了生命本身，没有什么东西可以与之相比。”而生命——至少是我们所知道的生命——根本不知道黑洞是什么模样、内部发生了什么，也不知道黑洞对于星系的形成和演化意味着什么，也不了解它们的诞生和成长怎样促使了生命——至少是地球生命——的诞生，使得我们有机会去观察和理解星系是如何运转的。“在宇宙中，很少有话题我们会说，我们真的不知道发生了什么，其中一个可能是意识，另一个就是黑洞了。”Shep Doeleman最后说。所以，准备好一睹黑洞“真容”了吗？来源 | Discover翻译 | 林文杰审校 | 高佩雯文章由腾讯科普“科普中国头条创作与推送项目”团队推出转载请注明来自科普中国