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人类首次直接拍摄到黑洞!!

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首张黑洞照片揭晓,人类第一次看到黑洞的视界面!它由有效口径相当于地球直径的望远镜阵列观测到,经过2年“冲洗”,这颗黑洞位于代号为M87的星系当中,距离地球5300万光年之遥,质量相当于60亿颗太阳之和。

 

黑洞概念的起源

 

黑洞概念的起源要回溯到1783年,虽然那得黑洞概念与我们如今所说的黑洞其实没太大的关系。

 

英国地质学家米歇尔(John Michell)利用牛顿万有引力定律和光的微粒说得到了一个推论,如果一颗直径比太阳大几百倍,密度与太阳一样的星球,物体在它表面的逃逸速度将会超过光速C。这意味着该星球对远方观测者来说将成为一颗“暗星”(dark star),因为作为微粒的光将无法从它表面逃逸到远方就被引力拉了回来。

 

不久之后(1796年)法国数学家拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace)在其著作《世界体系》中也提出了类似的推论。这个在今天看来只有中学水平的推论,就是黑洞概念的萌芽。

 

但是,真正现代意义上黑洞概念的起源是在爱因斯坦发表“广义相对论”之后的事情。

 

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1916年,在“广义相对论”刚刚提出后,德国数学家、天文学家史瓦西(K.Schwarzschild)就求得了爱因斯坦场方程的第一个严格解,即史瓦西外部解或史瓦西度规。从这个解中,我们可以得到很多推论,比方说如果把太阳压缩成一个半径不到3公里的球体,外部观测者就将再也无法看到阳光,这就是一种现代意义下的黑洞——史瓦西黑洞。

 

与米歇尔和拉普拉斯的“暗星”不同,现代意义下的黑洞具有很丰富的物理内涵,并且不依赖于象光的微粒说那样的前提。1939年,“原子弹之父”奥本海默(J.R.Oppenheimer)及其合作者从广义相对论出发,再次预言了黑洞的存在。1963年,克尔(R.P.Kerr)得到了场方程的另一个重要的解:稳态轴对称真空解。该解比史瓦西解更为复杂、普遍,含有更多的物理信息,可以描述转动星体外部时空的情况,为黑洞的研究提供了很好的理论模型。

 

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后来英国理论物理学家霍金和英国数学物理学家彭罗斯提出了“奇性定理”,论证了一旦坍缩物质的质量超过一定界限,就会不可避免的坍缩成为一个黑洞,物质最终都会落向一个密度无穷大的“奇点”。1974年,霍金根据热力学定律和量子场论提出了“霍金辐射”的概念,打破了过去人们认为的黑洞只吸收物质和辐射的观念。黑洞也在极其缓慢的释放各种辐射,虽然极其缓慢罢了。

 

关于黑洞,法国天文学家卢米涅也说过一段话,他说:“黑洞是恒星死亡后的一种残骸,它是引力收缩的极点,极端到近乎荒唐(指它的一些性质用现有的物理学知识无法解释)。但它又是宇宙当中最精美的天体。了解黑洞并深感困惑之后,会使我们进入一个展示时间、空间、光和物质深刻本质的更加深邃的新视野。”

 

宇宙中,根据质量天文学家们将宇宙中的黑洞分成三类:恒星级质量黑洞(几十倍至上百倍太阳质量)、超大质量黑洞(几百万倍太阳质量以上)和中等质量黑洞(介于两者之间)。

 

黑洞到底什么样子?

 

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1978年,卢米涅给出了黑洞事件视界的第一幅图像。但这不是一张真正的照片,而是他利用自己的数学知识和相关技术以及60年代的一台IBM 7040穿孔卡片计算机对黑洞景象进行的电脑模拟。

 

利用电脑模拟产生的数据,卢米涅用钢笔和印度墨水在底片上描绘黑洞,整个过程就像是一台人体打印机。这幅模糊的图像展示了观察者靠得足够近时看到的一个扁平盘内物质坠入黑洞的景象。

 

2014年,为了拍摄科幻大片《星际穿越》的需要,在著名物理学家基普·索恩教授指导下,利用计算机生成了一个更接近真实的黑洞图片。

 

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而在EHT项目启动前,天文学家们是通过各种间接的证据来表明黑洞的存在,主要有三类代表性证据:一是恒星、气体的运动透露了黑洞的踪迹。黑洞有强引力,对周围的恒星、气体会产生影响,科学家可以通过观测这种影响来确认黑洞的存在;二是根据黑洞吸积物质(相当于“吃东西”)发出的光来判断黑洞的存在;三是通过看到黑洞成长的过程“看”见黑洞。

卢米涅绘出黑洞事件视界的第一幅图像40余年后,人类首次目睹黑洞的“真容”。

2017年4月,EHT项目启动。EHT通过“甚长基线干涉技术”(VLBI)和全球多个射电天文台的协作,构建一个口径等同于地球直径的“虚拟”望远镜——事件视界望远镜。

此前,该项目宣布,用这一虚拟望远镜“拍照”的重点对象是两个黑洞,一个是位于银河系中心的“人马座A*”,另一个位于代号为M87的超巨椭圆星系中心。

据媒体报道,EHT的“八只眼睛”位于美国、墨西哥、智利、法国、格陵兰岛和南极,这8个射电望远镜有单镜、也有望远镜阵列。它们向选定的目标撒出一条大网,捞回海量数据,最终勾勒出黑洞的模样。


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