作者:丁佳 来源:科学网 www.hensb.com 发布时间:2019/4/10 21:12:49
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天文学家捕获首张黑洞照片
中国天文学家参与全球对遥远M87星系中心超大黑洞的颠覆性观测

事件视界望远镜合作组织提供

4月10日,通过协调召开全球新闻发布会,事件视界望远镜(EHT)宣布已经成功获得了超大黑洞的第一个直接视觉证据。EHT是一个通过国际合作而实现的、由八个地面射电望远镜组成的观测阵列,主要旨在通过形成一个口径如地球大小的“虚拟”望远镜来捕捉黑洞的图像。

《天体物理学杂志通信》于4月10日以特刊的形式通过六篇论文发表了这一重大结果。该黑洞图像揭示了室女座星系团中超大质量星系M87中心的黑洞。该黑洞距离地球5500万光年,质量为太阳的65亿倍。

EHT把地球上的望远镜“组合”起来形成一个口径如地球大小的“虚拟”望远镜,所达到的灵敏度和分辨本领都是前所未有的。百年之前,爱因斯坦广义相对论得到了首次试验验证。如今,作为多年国际合作的结果,EHT为科学家们提供了研究宇宙中最极端天体的新手段。

“我们捕获到了黑洞的首张照片”,来自天体物理中心|哈佛大学及史密松宁学会的EHT项目主任Sheperd S. Doeleman 说,“这是一项由200多位科研人员组成的团队完成的非凡的科研成果。”

黑洞是一种被极度压缩的宇宙天体,在一个很小的区域内包含着令人难以置信的质量。这种天体的存在以极端的方式影响着周围的环境,让时空弯曲,并将周围的气体吸进来。在此过程中,气体的引力能转化成热能,因此气体的温度变得很高,会发出强烈的辐射。

“如此一来,黑洞就像沉浸在一片类似发光气体的明亮区域内,我们预期黑洞会形成一个类似阴影的黑暗区域。这正是爱因斯坦广义相对论所预言的,可我们以前从未见过。”EHT科学委员会主席、来自荷兰拉德堡德大学的Heino Falcke解释。“这个暗影的形成,源于光线的引力弯曲和黑洞视界对光子的捕获。暗影揭示了黑洞这类迷人天体的很多本质,也使得我们能够测量M87中心黑洞的巨大质量。”

多次独立的EHT观测通过多个校准以及不同的成像方法均揭示了一个环状的结构及其中心的暗弱区域,即黑洞阴影。

“一旦我们成功对黑洞阴影成像,就可以将观测结果与理论预言相比较,检验考虑了时空弯曲、超高温及超强磁场等物理性质在内的大量模型。令人惊讶的是,我们所观测到图像的许多特征与理论预言相一致”,EHT董事会成员、东亚天文台台长Paul Ho评论道,“这使得我们对观测的理论解释,包括对黑洞质量的测量,都充满信心。”

创建EHT是一项艰巨的挑战,需要升级和连接部署八个现有的射电望远镜来组成全球网络,而这些望远镜分布在各种具有挑战性的高海拔地区,包括夏威夷和墨西哥的火山、亚利桑那州的山脉、西班牙的内华达山脉、智利的阿塔卡马沙漠以及南极点。

EHT观测使用了甚长基线干涉测量(VLBI)技术,观测波段是1.3毫米。世界各地的射电望远镜同步观测,同时利用地球自转,形成一个口径如地球大小的“虚拟”望远镜,达到的分辨率约20微角秒,足以在巴黎的一家路边咖啡馆阅读纽约的报纸。

参与此次观测的望远镜包括ALMA、APEX、IRAM 30米望远镜、James Clerk Maxwell望远镜、大毫米波望远镜(LMT)、亚毫米波阵(SMA)、亚毫米波望远镜(SMT)和南极望远镜(SPT)。马普射电所和麻省理工学院海斯塔克天文台的专用超级计算机负责了对原始观测数据的互相关工作。

EHT 的建设和今天宣布的观测结果源于数十年观测、技术和理论工作的坚持和积累。这与来自世界各地的研究人员的密切合作是分不开的,是全球团队合作的典范。13个合作机构共同创建了EHT,使用了既有的基础设施并获得了各种机构的支持。主要资金由美国国家科学基金会(NSF)、欧盟欧洲研究理事会(ERC)和东亚资助机构提供。

这一激动人心的成果受到了中国科学院天文大科学中心(CAMS)的支持,CAMS由中国科学院国家天文台、紫金山天文台和上海天文台共同建立。

“对M87 中心黑洞的顺利成像绝不是EHT国际合作的终点站,”上海天文台台长沈志强研究员说。“我们期望也相信在不久的将来EHT会有更多令人兴奋的结果。”

“我们已经取得了上一代人认为不可能做到的事情”,Doeleman总结到。“技术的突破、世界上最好的射电天文台之间的合作、创新的算法都汇聚到一起,打开了一个关于黑洞和事件视界的全新窗口。”

 
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