PDF《摄猎””黑洞的八大天问》

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08 科教观潮 责编:张保淑

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cn 2019年4月13日 星期六 关于 关于 摄猎 摄猎 黑洞的八大天问 黑洞的八大天问 苟利军 黄月北京时间

4 月10 日,人类首张黑洞照片在 全球六地的视界望远镜发布会上同步发布.经 过漫长的等待,在全球 200多位科学家的努力之 下,第一幅黑洞照片新鲜出炉. 长久以来在电脑上模拟得到的黑洞形象, 第一次真实地呈现在我们的眼前.在这张来自 视界望远镜的照片里,M87 中心黑洞如同电影 《指环王》 中索伦的魔眼,在温暖而神秘的红色 光环中间,是一片深黑的无底之洞. 这个圆环的一侧亮一些,另一侧暗一些, 原因在于吸积盘的运动效应――朝向我们视线 运动的区域因为多普勒效应而变得更亮,远离 我们视线运动的区域会变暗.中间黑色的区域 就是黑洞本身――光线无法逃离之处. 1968年,美国天体物理学家约翰 ・ 惠勒提出 了 黑洞 的概念,而100 多年前德国物理学 家卡尔 ・ 史瓦西就为黑洞作出了精确解.今天我 们收获了第一张黑洞的照片,人类对黑洞和宇 宙的认识又迈出了关键一步. 在2017 年4月全球数个射电望远镜阵列组 成虚拟望远镜网络事件视界望远镜 (EHT) 并拍 下第一张黑洞照片之时,我们就曾写到: 人类 第一次看到黑洞的视界面,无论我们最终得到 的黑洞图像是什么样子――是像电影画面一般 壮观恢弘,或者只有几个模糊的像素点――事 件视界望远镜都意义非凡,这是我们在黑洞观 测史上迈出的重要一步.观测结果不仅仅是一 张照片那么简单,它一方面呼应着爱因斯坦的 广义相对论,另一方面也将帮助我们回答星系 中的壮观喷流是如何产生并影响星系演化的. 我们将成为有史以来第一批'

看见'

黑洞的人 类,真是好运气. 两年之后,这张宝贵的照片终于呈现在我 们眼前,同时它让我们思考下面的一些问题. 在过去10多年间,美国麻省理工学院的科学家们 联合了其它研究机构的科研人员,开展了激动人心的 事件视界望远镜 项目,全球多地的一系列亚毫米 射电望远镜同时对黑洞展开观测. 事件视界望远镜由位于四大洲的数个射电望远镜 所组成,构建了一架和地球大小相当的望远镜.它们 北至西班牙,南至南极,向选定的目标撒出一条大 网,捞回海量数据,以勾勒出黑洞的模样. 事实上,亚毫米波段和我们非常熟悉的可见光有 着天壤之别.这个波段我们是无法直接看到的,利用 亚毫米波段给黑洞拍照,其实就是得到黑洞周围辐射 的空间分布图. 对于我们日常接触的光学照片来说,它反映的是 光学波段不同颜色或者频率的光子在不同空间位置上 的分布情况.明白了这一点以后,我们就很容易理解 亚毫米波段 黑洞照相馆 的原理了. 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产生的辐射强度不同,我 们可以得到一个光子强度分布图,然后我们假定不同 的强度对应着不同的颜色,就能够得到一幅 伪色 图 ――图中的颜色很可能是科学家根据个人喜好自 行设定的颜色. 中国大陆的望远镜并没有直接参与到视界面望远 镜的观测当中,最直接的原因在于,中国大陆两个建 好的亚毫米波望远镜 (一个是位于青海德令哈的 13.7 米望远镜,另一个是位于西藏的 CCOSMA 望远镜) 不具备相关技术的联网功能.但即使它们可以实现联 网,同步观测也无法实现,因为它们正好位于灵敏度 非常高的ALMA阵列的背面位置. 广为人知的中国 FAST 天眼望远镜也没有机会参 与到视界面望远镜的观测行列.首先,其工作波段不 适宜;