首張黑洞照片曝光

人類首次凝視宇宙深淵
11/04/2019
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人類首次凝視宇宙深淵

在上海,「事件視界望遠鏡」項目和中國科學院共同發布這一重大成果。 (CFP圖片)

被視為時空中的無底深淵、深藏不露的引力陷阱,宇宙中神秘莫測的天體黑洞一直是天文物理史上最引人注目的研究課題之一。由於光也無法逃脫黑洞引力範圍,人們根本無法用肉眼看見黑洞。在過去,科學家僅能以物體被吸入黑洞前因高熱而釋出的紫外線和X射線,所得出的數據,去繪製想象圖片,而非實際的黑洞照片。

為了看見黑洞, 全球200名科學家兩年前加入「視界事件望遠鏡」(Event HorizonTelescope,EHT)合作計劃,連接分散在世界各地的八個射電望遠鏡,把地球變成一個超巨型望遠鏡,為距離地球5,400萬光年的黑洞「拍」下照片,並由美國華盛頓、智利聖地亞哥、比利時布魯塞爾、日本東京、中國上海及台北的科學家於昨(10)日晚9時同步公開人類天文史上首張黑洞圖片。

科學家2017年對銀河中心的黑洞及室女座星系團最大一個星系M87都進行了觀測,首張黑洞照片來自室女座的M87星系,其直徑177億公里,距離地球5,400萬光年(光年指光在真空中一年時間內傳播的距離,約9.46兆千米),科學家形容這個黑洞質量極大,是絕對的「怪物」;另一個位於銀河系中心的「人馬座A* 」(Sagittarius A*),直徑1,270萬公里,質量估計是太陽的400萬倍,距離地球約26,000光年,它的資料還在處理分析中。

中國科學院上海天文台研究員袁峰在上海的記者會上介紹,黑洞照片大體來說有兩個部分,嚴格來說是兩個結構,一部分是中心區域不太發光的陰影,另一部分是圍繞這個陰影的發亮的圓環。圓環發的光就是從吸積盤上發出的,而黑色的陰影要比黑洞本身要大幾倍。

袁峰指出,照片上的黑洞周圍空間是彎曲的,黑洞本身是不可見的,把黑洞放到放光的背景裡,看到的照片就是這樣的,「現在看到的亮環就是光線扭曲以後得到的結構,如果不扭曲的話,是看不到這樣的圖像的」。

愛因斯坦是對的!

值得一提的是,早在1915年,科學家愛因斯坦發表廣義相對論,預言了黑洞的存在,即物質會扭曲或彎曲時空的幾何結構,例如人類以重力的形式感受到這種時空扭曲。

黑洞具有強引力,因此給黑洞拍照最重要的目的是在強引力場的極端環境下,驗證愛因斯坦的廣義相對論,並同時細緻研究黑洞周圍的物質吸積和噴流的形成及傳播。對此,參與國際合作的中國科學院上海天文台台長沈志強在記者會上表示:「這是人類獲得關於黑洞的第一個直接視覺證據,證實了愛因斯坦廣義相對論在極端條件下仍然成立。」

直接拍黑洞幾乎不可能

「視界事件望遠鏡」計劃名稱中的「事件視界」指恆星「死亡」後形成黑洞,在其周圍形成的一個球形時空介面。在「事件視界」以內的物質都會被黑洞吞噬,連速度最快的光也不例外,因此想要直接拍攝黑洞幾乎不可能,需要有一個超級望遠鏡。

為此,科學家連接了美國、墨西哥、智利、法國、丹麥格陵蘭島和南極的八個射電望遠鏡,利用「特長基線干涉測量法」,建成一個直徑與地球一樣大的超大望遠鏡,觀察黑洞某個方位,再利用所得資料拼砌出黑洞輪廓的圖像。過去兩年多來,科學家就一直收集從這些望遠鏡中得到的數據,用於製作黑洞的照片。

科學家們相信,這只是一個開始,未來「事件視界望遠鏡」還會帶來更多前所未有的科學發現。

甚麼是黑洞?

簡單來說,黑洞是一個連光都無法逃逸的黑色球體。

黑洞如何形成?

黑洞本是恒星,但恒星有生命周期,核聚變燃料耗盡後,會無法「撑起自己」,整個行星會因為自身引力而向內塌縮,形成黑洞。

黑洞有多大?

黑洞的大小取決於它的質量,天文學家將宇宙中的黑洞分成三類,恒星級質量黑洞(幾十倍至上百倍太陽質量)、超大質量黑洞(幾百萬倍太陽質量以上)和中等質量黑洞(介於兩者之間),通常用史瓦西半徑(黑洞視界半徑)來描述黑洞的大小,比如一個太陽質量的黑洞史瓦西半徑是三公里左右,黑洞直徑就是六公里左右,那100萬個太陽質量的黑洞直徑就是600萬公里左右。

為何要給黑洞拍照?

拍攝到黑洞的照片,相當於人類首次直接確認了黑洞的存在。

為何沖洗照片需要兩年之久?

一是因為數據量龐大,因為涉及全球八個不同地點的望遠鏡;二是在處理數據過程中,仍有許多技術難點。

未來將給人類帶來甚麼影響?

可以幫助人類理解一些基礎的科學問題,例如黑洞周圍會有分流,對於整個星系或星系的演化有非常重要的影響。

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