PDF《摄猎””黑洞的八大天问》

其次,其所处环境湿度较大,不适宜.亚毫米 波光子很容易被大气中的水蒸气所吸收,视界望远镜 都位于海拔比较高而且干燥的地方,比如 ALMA 望远 镜就位于海拔5000多米的沙漠当中. 位于夏威夷的麦克斯韦望远镜是 EHT联合观测网 络节点之一,有中国科研机构参与其中,为视界望远 镜提供了必不可少的观测保障. 部分中国科学家也参与了后期的数据分析和讨 论,为世界上第一张黑洞照片做出了贡献. 与光学照片一样, 清晰度根源于分辨率.要提高 望远镜分辨率, 可从两方面努力: 一是降低观测频段光 子的波长 (等价于增强能量) , 二是增加望远镜的有效 口径.利用全球不同地方的望远镜联网, 我们得到了 一个口径超大的望远镜,并在相关技术相对成熟的射 电波段内,选择了能量最高的毫米和亚毫米波段. 值得注意的是, 有效口径取决于望远镜网络中相 距最远的两个望远镜之间的距离.2017 年, 一系列亚 毫米波望远镜加入观测,

2018 年北极圈内格陵兰岛的 亚毫米波望远镜加入, 基线长度增加, 提高了分辨率. 虽然我们现在的亚毫米望远镜基线已达到了

1 万 公里,但空间分辨率刚达到黑洞视界面的尺寸,所以 在科学家们观测的有限区域内, 就相当于只有有限的 几个像素.在 《星际穿越》 中, 天文学家基普 ・ 索恩设想 的黑洞形象――包括吸积盘的许多具体细节――都通 过技术手段呈现了出来,然而在真实的情况下,我们 在照片中只能看到吸积盘上的几个亮斑而已. 既然我们可以将两个望远镜放置得很远实现更高 分辨率,那么能否只用两个望远镜来完成黑洞照片 呢?很遗憾,不行.观测要求的不仅仅是分辨率,还 有灵敏度――高分辨率可以让我们看到更多的细节, 而高灵敏度则能够让我们看到更暗的天体. 简单地说是因为黑洞区域实在太小了――而之前 望远镜角分辨率或者放大倍数不够, 在过去几年中, 我 们才真正实现了能够看到黑洞附近区域的分辨能力. 其实,早在

2017 年进行全球联网观测之前,全 球很多科学家已经为此努力了十多年的时间,并且利 用望远镜阵列当中的几个进行了联网尝试,探测了银 河系黑洞附近的区域,结果确实在亚毫米波段探测到 了周围的一些辐射,这给了团队很大的信心. 在此之前,尽管科学家们已经掌握了很多证明黑 洞确实存在的电磁观测数据,但是这些证据都是间接 的――少数科学家会提出一些怪异的理论来作为黑洞 的替代物,因为我们并没有直接观测到黑洞的模样. 2016年探测到的双黑洞合并产生的引力波,更是 让人们愈加相信黑洞的存在.但引力波是类似于声波 的 听 的方式,而电磁方式是一种 看 的方式, 对于更倾向于 眼见为实 有图有真相 的人类而 言,以直观的电磁方式探测到黑洞还是非常让人期待 的.所以,在2016 年初引力波被直接探测到之后, 视界面望远镜并没有放弃观测,反而以全球联网的方 式,把这一探测技术推向了极致. 直接成像除了帮助我们直接确认了黑洞的存在, 同时也通过模拟观测数据验证了爱因斯坦的广义相对 论.在视界望远镜的工作过程和数据分析过程中,科 学家发现,所观测到的黑洞阴影和相对论所预言的几 乎完全一致,令人不禁再次感叹爱因斯坦的伟大. 另外一个重要意义在于,科学家们可以通过黑洞 阴影的尺寸限制中心黑洞的质量了.这次就对 M87中 心的黑洞质量做出了一个独立的测量.在此之前,精 确测量黑洞质量的手段非常复杂. 受限于观测分辨率和灵敏度等因素,目前的黑洞 细节分析还不完善.未来随着更多望远镜加入,我们 期望看到黑洞周围更多更丰富的细节,从而更深入地 了解黑洞周围的气体运动、区分喷流的产生和集束机 制,完善我们对于星系演化的认知与理解. 科学家之前探测黑洞,是通过探测黑洞周围的吸 积盘或者黑洞喷流产生的辐射,来间接地探测黑洞的 存在.从理论上讲,任何能够产生辐射的黑洞都是适 合拍照的,但受技术限制,我们只能选择拍摄到那些 看起来非常大的黑洞,这样才有可能看到黑洞周围的 一些细节. 视界望远镜此次观测其实选定了两个目标:一个 是我们银河系中心的超大质量黑洞,质量为