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據說今天公佈首張黑洞照片,
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  • 1 # 砸中愚人的蘋果

    “視界”望遠鏡是世界各地200多名科學家組成的一個重要國際合作專案。全世界橫跨幾大洲近10臺毫米波望遠鏡(或陣列),組成了一個相當於地球大小的超級虛擬望遠鏡(相當於一臺上萬公里巨型望遠鏡),如上圖所示。其解析度達到了20微角秒,比哈勃望遠鏡高近2000倍,可以分辨出38萬公里外月球上的一個乒乓球大小。這臺超級望遠鏡解析度基本達到了我們銀河系和 M87中兩個超大質量黑洞在天空投影的角解析度,因此被形象的稱為“視界”望遠鏡。中國團隊參與執行的JCMT是“視界”望遠鏡陣列之一, 同時參與了部分資料和理論分析工作。

    百年謎團,終於揭曉,人類對黑洞研究將邁入一個新的階段。可以說“人類首張黑洞照片”是在2016年發現引力波之後人們尋找到了愛因斯坦廣義相對論最後一塊缺失的拼圖。

    需要指出分佈在全球的虛擬“視界”望遠鏡對兩個黑洞候選體-銀河系中心黑洞和M87中心黑洞觀測視窗非常短暫,每年只有大約十天左右,其中還要天氣條件適宜。2017年觀測視窗期為4月5日-14日,其中分別對銀河系中心黑洞和M87黑洞做了2次和5次觀測,還有部分天氣因為雷電和大風等原因無法觀測。參與觀測的有8架亞毫米波望遠鏡(解析度達到了20微角秒)。在觀測成功以後,由於甚長基線干涉陣資料處理相對較為複雜,而且涉及站點很多,每晚的資料量達2PB(1PB=1000TB=1000000GB),這和歐洲大型對撞機一年產生的資料差不多。為了保證準確性,觀測資料用三種完全獨立的流程以及多個獨立小組進行處理,以保證結果的準確性。真是拍照不易,洗照片更難。

    利用三種完全獨立的資料處理方法得到的2017年4月11日觀測的影象(解析度約為20個微角秒),其中不同溫度等效於不同的輻射強度。我們可以發現每長照片均呈圓環狀且中心存在陰影區域(亮環大小約為40個微角秒),這個陰影區域就是前面所說“黑洞陰影”,該亮環大小與理論計算結果十分吻合(對60億個太陽質量黑洞對應圓環大小約為38微角秒)。此外,“亮環”明顯呈現不對稱性,其中左下角比右上角要亮(環最亮和最暗處輻射流量比值大約為10)。這種不對稱的圓環狀結構正是愛因斯坦廣義相對論預言的黑洞陰影典型特徵,其中繞黑洞旋轉的等離子體朝向我們一側則會變亮而遠離我們的一側會變暗。這是對愛因斯坦的廣義相對論的再一次證實。從觀測結果也可以得到下面幾點結論:

    (1)“視界”望遠鏡看到的中間暗影就是對應的黑洞視界範圍,也就是說人類第一次看到了黑洞影象或者說證實了黑洞的真實存在;

    (2)圓環狀結構說明其亞毫米波輻射主要來自於黑洞周圍的吸積盤,而非噴流;

    (3)透過黑洞陰影和圓環大小計算出黑洞質量約為65億個太陽質量,支援透過恆星動力學計算出的黑洞質量。

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