• 黑洞露真容



  • 4月10日,中国科学院上海天文台举行新闻发布会,为人类史上首张黑洞照片揭幕。新华社记者 金立旺 摄

        

    5500万光年外有个“甜甜圈” 人类终于“看到”了黑洞

    本报制图/朱濉 综合新华网、科普中国-科技前沿大师谈

      据新华社北京4月10日电 神秘天体黑洞终于被人类“看到”了。数百名科研人员参与合作的“事件视界望远镜”项目10日在全球多地同时召开新闻发布会,发布他们拍到的第一张黑洞照片。
      照片“主角”是室女座超巨椭圆星系M87中心的超大质量黑洞,其质量是太阳的65亿倍,距离地球大约5500万光年。照片展示了一个中心为黑色的明亮环状结构,看上去有点像甜甜圈,其黑色部分是黑洞投下的“阴影”,明亮部分是绕黑洞高速旋转的吸积盘。
      “我很高兴地宣布,我们首次看到了曾认为不可见的东西……而这只是开始。”项目主任、美国哈佛-史密森天体物理学中心的谢泼德·杜勒曼在美国首都华盛顿说。发布会现场多次响起热烈掌声。
      除华盛顿外,中国上海和台北、智利圣地亚哥、比利时布鲁塞尔和日本东京等地也同时召开发布会。美国《天体物理学杂志通讯》以特刊形式通过6篇论文发表这一重大成果。
      上世纪初,爱因斯坦提出广义相对论预言了黑洞的存在。这是一种体积极小而质量极大的天体,引力非常强,以至于周围一定区域内连光也无法逃逸,这一区域被称为“事件视界”。
      包括中国科学院上海天文台在内的一些中国机构参与观测和数据处理。中科院国家天文台副台长薛随建说,此次参与为中国今后在相关国际合作中发挥更重要作用做了良好示范。
      照片给出黑洞这一极端天体存在的最直接证据,验证了广义相对论,也将帮助回答星系中的壮观喷流如何产生并影响星系演化等诸多前沿问题。
      “黑洞是时空尽头,存在一些我们想破解的谜团。首次给黑洞拍照可能帮助我们朝着解开这些谜更进一步。”项目科学委员会主席、荷兰奈梅亨大学教授海诺·法尔克告诉新华社记者。美国哈佛大学理论物理学家亚伯拉罕·洛布形容:“百闻不如一见,一图抵千言。”
      (综合新华社驻外记者报道)

    三大看点
    数据加理论 照片“冲洗”了两年

      人类获得的首张黑洞照片10日面世。这张照片在科学上有多重要?拍到黑洞照片有多难?中国又发挥了什么作用?

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    了解黑洞吞噬喷射物质的过程
      两百多年前,就有科研人员设想宇宙中存在一种质量巨大、引力强到连光也无法逃脱的天体。爱因斯坦在一百多年前提出的广义相对论,可用于计算出这种天体的若干性质。但黑洞作为一个科学术语,直到20世纪60年代才由美国天体物理学家约翰·惠勒提出。
      给黑洞拍照的“事件视界望远镜”项目科学委员会主席、荷兰奈梅亨大学教授海诺·法尔克告诉新华社记者,黑洞涉及人类对宇宙的根本了解,“我们的宇宙中有两大理论,爱因斯坦的相对论描述了宏观,量子力学描述了微观,但是在黑洞的边缘,相对论与量子力学无法协调,在那里可能会发现新的东西”。
      美国亚利桑那大学天文学副教授丹尼尔·马罗内认为,黑洞在长时间尺度上会影响宇宙演化。但人们并没有完全了解黑洞如何吞噬物质,然后又将其中一部分以接近光速向外喷射,影响其所在星系。黑洞照片有助于了解黑洞喷流的形成过程。

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    打开黑洞秘密的全新窗口
      此次拍照的一个目标是代号为M87的超巨椭圆星系中心黑洞,它的质量是太阳的65亿倍,但离我们实在太远,达到5500万光年。
      要拍摄这么远的对象,科学家模拟出口径像地球一样大的望远镜,这就是“事件视界望远镜”,它集合了分布在全球各地的多个射电望远镜。从智利阿塔卡马沙漠到南极冰原,从西班牙的高山到夏威夷的海岛,8个射电望远镜通过“甚长基线干涉测量技术”联合起来,成功拍到人类历史上第一张黑洞照片。
      经大约两年的数据处理及理论分析,照片才成功“冲洗”出来。谈及给黑洞拍照的难度,项目协作委员会主席、德国马克斯·普朗克射电天文研究所所长安东·岑苏斯打比方说:“如果地球是平的,那使用这一技术可以从波恩看清纽约街头报纸上的字。”
      照片展示了一个中心黑色的明亮环状结构,有点像甜甜圈,也与此前科幻电影《星际穿越》科学顾问根据相对论等模拟的黑洞图片相似。
      此次合作汇集了全球超过200名研究人员的共同努力。“我们已经完成了上一代人认为不可能做到的事情。”项目主任、美国哈佛-史密森天体物理学中心的谢泼德·杜勒曼总结说。“技术的突破、世界上最好的射电望远镜之间的合作、创新的算法都汇聚到一起,打开了一个了解黑洞的全新窗口。”

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    期待中国成为重要一员
      在“事件视界望远镜”项目中,中国科学院天文大科学研究中心(国家天文台、紫金山天文台和上海天文台)参与了位于美国夏威夷的东亚JCMT望远镜对黑洞的观测,多名中国学者是此次黑洞照片相关论文的作者。
      不过,中国天文学界清醒地认识到目前的“参与者”角色。中国科学院国家天文台副台长薛随建指出,这次“算是重在参与”,“在中国科学界参与的三十米望远镜(TMT)等其他重大国际项目中,那些可预期和不可预期的重大发现将更加激动人心。”
      太空可能是中国未来能发挥更多作用的地方。法尔克说,今后要拍摄更好的黑洞照片,就需要比地球还大的望远镜,这就需要走向太空,“中国在射电干涉测量技术和太空探索方面的能力正快速增长,我期待未来中国能成为这个领域的重要一员”。
      新华社记者(据新华社北京4月10日电)

    本报连线
    专访物理学家李淼:
    拍的不是黑洞“样子” 是对周围物质影响

    □本报记者 熊筱伟
      北京时间4月10日21时,人类首张黑洞照片正式发布。看到新闻,让不少人看不懂的是:不是说黑洞引力之大,连光都逃不掉吗?应该是什么都看不到啊,怎么会有照片呢?
      照片发布前,我国著名物理学家、中山大学天文与空间科学研究院院长李淼在奔赴专题节目直播的间隙,接受了记者专访。
      “常识并没有问题,光是逃不出黑洞的。”李淼说,但黑洞对周围物质和恒星的影响可以让科学家观察它们。简单说,通过记录下周围物质的变化,“勾勒”出黑洞的轮廓。
      “黑洞外围会有物质,在引力作用下绕着黑洞转,不断摩擦产生辐射。而同样因为引力,辐射在释放出来的时候,会损失掉部分能量。对辐射来说,能量越大频率越高。能量弱了,频率会变慢,这就是著名的红移现象,这个现象被各地观察点捕捉,就成了黑洞的‘照片’”。
      给黑洞拍照片,意义何在?“本身拍照这件事就足够有趣了。”李淼说,同时此次拍照的黑洞,是在银河系形成之初就有了,“对它们的观察有助于研究了解银河系的形成。”李淼介绍,所有星系中心都有超大黑洞,银河系中心的黑洞绝对不是最大的。
      为什么星系中间会有黑洞?“因为银河系刚刚形成的时候,中心物质最多,就容易塌缩成黑洞。”
      黑洞吸收了那么多物质,这些物质都到哪儿去了?“都到奇点去了,但对奇点我们还缺乏了解。”

    科学家说
    人类首张黑洞照片 是怎样拍的
      “如果地球是平的,那使用这一技术可以从波恩看清纽约街头报纸上的字。”德国马克斯·普朗克射电天文研究所所长安东·岑苏斯对新华社记者说,集合全球射电望远镜给黑洞拍照,有助于探索宇宙形成之谜。
      名为“事件视界望远镜”的项目,主要任务是拍摄两个黑洞。一个位于银河系中心,名为“人马座A*”,是距离我们最近的超大质量黑洞;另一个就是位于银河系邻近星系M87中心的黑洞。
      即使最近的“人马座A*”,距地球也有2.6万光年,M87更是距离地球5500万光年。
      给这么远的对象拍照,需要举全球之力,科学家模拟出口径像地球一样大的望远镜,这就是“事件视界望远镜”,项目团队由来自全球的数百名研究人员组成,集合了分布在全球各地的多个射电望远镜。
      拍照工作大约两年前正式启动,位于欧洲、美洲、大洋洲和南极洲的8个天文台参与,观测数据于2017年4月完成收集,并在当年年底送到马克斯·普朗克射电天文研究所和美国麻省理工学院分析。2018年6月至11月,各地科学家基于这些数据进行图像构建工作。此后直至今年4月,是相关论文的撰写和同行评议阶段。
      岑苏斯表示,首次发布黑洞照片“只是开始”。“我们未来会扩大阵列望远镜的数量规模,提高灵敏度和分辨率,继续观测两个黑洞在不同阶段的变化,甚至对新的黑洞进行观察,拍摄新的、质量更好的照片。”
      新华社记者 张毅荣 连振(据新华社德国波恩4月10日电)

    国际时评
    当全世界同望星空 黑洞也“发光”
      宇宙中最神秘的天体、时空中的无底深渊,即使是光都无法逃逸……长久以来,黑洞只不过是广义相对论的预言、爱因斯坦的方程、模拟电脑图像、引力波等项目的间接证据,或者科幻小说的想象。
      然而,当全球科学界将分布在世界各地的8个射电望远镜(阵)组成“地球级别”的虚拟望远镜阵列,同一时刻、同一方向,对准同一片遥远星空,就连黑洞——这些深藏于宇宙各处的引力陷阱,也会“发出耀眼光芒”。
      从美国夏威夷到智利,从伊比利亚半岛到南极……全球30多个研究所,200多名科学家,倾数年心血,携手并肩,共同记录黑洞周围吸积盘和喷流等发出的耀眼光芒,从而让超大质量黑洞无处遁形,显现“真容”。正是全球同步的努力,让人类拍摄到有史以来首张黑洞照片。
      在这一“兴师动众”的过程中,科研领域全球同步的作用愈发凸显。正如“事件视界望远镜”项目科学委员会主席、荷兰奈梅亨大学教授海诺·法尔克所说,这样的项目需要整个世界。
      事实上,观测黑洞项目,让地球上几乎所有这一领域的研究人员都不同程度地以不同方式参与其中。科学探索,正让整个世界以不同寻常的方式更紧密地连接在一起,不仅让地球,也让人类成为一个共同体。
      无论是对黑洞概念懵懵懂懂的早期天文学家、发表广义相对论的爱因斯坦、获得黑洞存在证据的引力波项目团队,还是今天共同拍摄黑洞照片的各国科研人员,让人类持续探索并不断取得进步的动力之一,正是人类作为一个共同体对宇宙和自身的好奇心。
      无论仰望星空,还是审视自己,当地球上的人们全体凝视同一方向,如同黑洞这样曾经深藏不露的未知,终将一个接一个“显露光芒”。
      新华社记者 郭爽(据新华社北京4月10日电)

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