其实,科学家们给两个黑洞拍了照片,但只有一张“洗”出来了
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4月10日晚间 , 全球多地联合发布了人类首张黑洞照片 。 照片的主角远在5000多万光年之外 , 位于遥远的M87星系的中央 , 质量约为太阳的65亿倍 。
其实 , 在2017年4月 , “事件视界望远镜”项目(EHT)中的8台望远镜选定的观测目标有两个 , 另一个和地球的关系更近 , 正是我们银河系的中心黑洞 。 那么 , 为什么这次反而没有看到银河系中心黑洞的照片呢?
中科院上海天文台副台长袁峰告诉澎湃新闻(www.thepaper.cn)采访人员 , 给银河系中心黑洞“洗照片”存在更多技术上的困难 。 正因地球在银盘里面 , 观测中心黑洞需要透过许多恒星、尘埃和气体 , 造成较强的散射效应 , 成像更难 。
参与EHT项目理论组工作的袁峰表示 , 现实拍到的黑洞照片和理论计算的几乎完全一致 , 这是爱因斯坦广义相对论的又一次胜利 。 也正因如此 , 黑洞照片和科幻电影《星际穿越》中的黑洞形象相当接近 , 都是中间一个暗影 , 外面有一圈发亮的光环 。 毕竟 , 《星际穿越》的科学顾问可是诺贝尔物理学奖得主基普·索恩 。 黑洞的本体藏匿在阴影中 , 发光的部分则是黑洞周围吸积的气体 。
其实 , 科学家们给两个黑洞拍了照片 , 但只有一张“洗”出来了// //
M87黑洞和《星际穿越》黑洞最大的不同 , 在于后者有一个薄吸积盘 , 而M87黑洞的吸积盘较厚 。
那么 , 黑洞周围的光环究竟发出的是什么样的光呢?具体来讲 , 这次全球8台射电望远镜收集到了湍急的吸积气体辐射出的波长为1.3毫米的光 。
这种光比我们熟悉的可见光波长要长 , 其实并不存在颜色的区分 , 科学家们只能感应到信号的强弱 , 照片中的红色是后期处理的效果 , 而《星际穿越》选择了亮黄色 。
其实 , 科学家们给两个黑洞拍了照片 , 但只有一张“洗”出来了// //
《星际穿越》中的黑洞选择用亮黄色进行呈现
为什么选择这个波段?这里面讲究很大 。 一方面 , 黑洞吸积气体在这个波段的辐射比较强 。 另一方面 , 这个波段在射电波中算是波长比较短的 。
照片的分辨率与两个主要因素相关 。 观测的波长越短 , 望远镜的口径越大 , 照片就越清晰 。 这次 , 科学家们运用甚长基线干涉技术(VLBI)将8台望远镜组成了一台口径等同于地球直径的巨大望远镜网络 。 那么 , 为什么不使用波长更短的红外线、甚至可见光呢?袁峰解释道 , 在这些波段 , 干涉技术还没有那么成熟 , 无法实现给黑洞拍照的目的 。 可以说 , 1.3毫米的波长正处在一个技术的平衡点上 。
从源头上来讲 , 这些光是由黑洞吸积盘上的同步辐射产生的 。 气体到了吸积盘附近 , 温度变得非常高 , 粒子的运动速度达到了相对论性速度 。 在吸积盘产生的磁场里 , 相对论性粒子运动就会发出同步辐射 。
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