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    单机棋牌游戏合集下载什么?人类首张黑洞照片有可能看不清?!

    文章来源:沧源 发布时间:2019-08-20 17:25:55  【字号:      】

    什么?人类首张黑洞照片有可能看不清?!

    先平复一下冲动的心境,北京时光今天晚上21:00,首张黑洞照片即将面世!

    是的,是首张,此前人类基础都是间接“看到”黑洞,这次则直接“拍”了下来!

    这事到底有多大?

    这么说吧,今晚全球六地同时召开消息宣布会(比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海和台北、日本东京以及美国华盛顿),同步宣布!这有可能是今年最主要的科学发明之一。

    在上海,EHT项目和中国科学院将宣布这一重大结果。

    时光

    北京时光2019年4月10日21点整

    地点

    中国科学院上海天文台

    黑洞是什么?宇宙中真的有黑洞吗?黑洞的照片会是什么样子?下面我们一一揭晓。

    黑洞是什么?

    自上世纪中期开端,人们对黑洞的探秘就从未结束过。

    200多年前,英国的米歇尔和法国的拉普拉斯就曾提出: 一个质量足够大但体积足够小的恒星会发生强盛的引力,以致连光线都不能从其表面逃走,因此这颗星是完整“黑”的,但这一推论随后被人遗忘。

    1915年爱因斯坦发表广义相对论不久,德国数学家史瓦西得到了静态球对称情形下爱因斯坦场方程的一个解,解在一个特别半径(后称史瓦西半径)处存在奇怪性。


    1939年美国物理学家奥本海默等也证明白实存在一个时光-空间区域,光也不可能从该区域逃逸而达到远处的察看者。这一区域的边界称为视界,在静态球对称情形下,视界半径就是史瓦西半径。如果某天体的半径小于史瓦西半径,那么该天体就应当是“黑”的,无法被我们看到。

    科学家们把这些引力极强而又“看不到”的特别天体称为“黑洞”。因此,黑洞也是爱因斯坦广义相对论预言的一种产物。

    宇宙中的黑洞是怎么被发明的?

    他们发明在一些被X射线望远镜发明的双星(由一个致密星和另一个正常恒星组成)中,致密星的质量比中子星的质量上限(约为3倍太阳质量)还大,但半径却差不多,因此以为这些引力极强的致密星只能是黑洞。

    目前在银河系中已发明20多个黑洞X射线双星,它们的黑洞质量大约是太阳质量的5到20倍。


    黑洞剪影的模仿图像:广义相对论预言剪影是圆形的(中),其他理论则预言了不同的形状(左、右)。

    最近几年,地面激光干预引力波天文台(LIGO) 已发布已探测到11对双黑洞并合发生的引力波,这些黑洞的质量都是几十个太阳质量。

    天文学家通常把这些质量为几个到一百个太阳质量的黑洞叫恒星级黑洞。

    二次世界大战后,雷达技巧普遍用于射电天文,许多宇宙射电源被发明。这些射电源的光学像有的看起来很像恒星,但光谱观测显示它们实质上不是恒星,而是谱线有宏大红移的银河系外遥远天体。

    这些被称为“类星体”的运动星系核能辐射出比银河系高成千上万倍的能量,其发光原理不能用核反映来说明。

    科学家们以为类星体的能源来自于其中心质量极大的黑洞吸积周围物质所释放出的宏大引力能↓


    后来的观测表明像我们银河系这样的正常星系中心也存在质量在百万太阳质量以上的黑洞,只是因为这些正常星系中心的黑洞周围没有多少可供吞噬的物质,所以其表示不如类星体中心的黑洞“活泼”,无法释放像类星体那样宏大的能量。

    天文学家把类星体和星系中心质量在百万到百亿倍太阳质量的黑洞叫超大质量黑洞。

    那么宇宙中是否存在介于恒星级黑洞和超大质量黑洞之间、质量为几百到几十万倍太阳质量的中等质量黑洞呢?天文学家虽然在一些近邻星系的极亮X射线源中似乎已找到中等质量黑洞存在的迹象,但还需更多的观测予以证实。

    黑洞照片会是什么样子?

    虽然天文学家已发明了众多的恒星级黑洞和超大质量黑洞,但都是通过黑洞强盛的引力对周围物质和恒星的影响而间接探测到的。

    宇宙中的黑洞自身虽然是不发光的(霍金辐射在天文学家发明的黑洞中太弱,可疏忽不计),但因为黑洞不是孤立的,它们对周围物质和恒星的影响可发生丰盛的观测现象让天文学家发明它们,并测量出其最主要的物理参数-质量。在少数情形下,天文学家甚至还可应用观测成果测量出一些黑洞的自转。

    但至今还缺少对黑洞的直接探测和成像。黑洞最重要的特色是存在事件视界,大小为史瓦西半径。


    对质量为几十个太阳质量的银河系内恒星级黑洞而言,史瓦西半径只有几十公里,而这些黑洞距离我们都有上万光年(1光年约为9.5万亿公里)之遥,事件视界的大小相对于距离实在太小了,所以完整无法探测。最可能对其事件视界直接成像的黑洞是离我们很近的两个超大质量黑洞,即人马座方向银河系中心和室女座方向射电星系M87中心的黑洞。

    银河系中心黑洞Sgr A*质量约为4百万太阳质量,距离我们2.5万光年,事件视界半径约1.2千万公里。射电星系M87中心黑洞质量为60亿太阳质量,距离我们5千万光年,事件视界半径约180亿公里。

    要对这两个超大质量黑洞的事件视界邻近照像,望远镜的辨别率须要到达十个微角秒(一微角秒为百万分之一角秒)左右,这相当于要辨别出月亮上的一个乒乓球,对于人类是一个极大的挑衅!著名的哈勃空间望远镜的辨别率也只有0.05角秒。

    但天文学家还是想出了措施,他们应用散布在全球几大洲的8个毫米波望远镜组成干预阵列(即事件视界望远镜EHT),阵列的基线长度和地球大小相当,角辨别率可达几十微角秒,因此具备对银河系中心黑洞和射电星系M87中心黑洞视界面邻近区域进行成像的才能。

    那么,事件视界望远镜拍摄的黑洞照片毕竟会是什么样子呢?


    首先,黑洞自身是不发光的,我们看到的发光实际都来自于事件视界外面的物质,并不来自于黑洞本身,但黑洞的存在会在照片上留下“暗影”。其次,由于黑洞强引力导致的相对论效应,如光线曲折、引力红移等,会导致黑洞周围物质发光的不对称和扭曲。

    此外,事件视界外面的“环境”并不完整清洁,尘埃、气体、磁场、喷流等因素都会对事件视界外物质的发光发生影响。而且,事件视界望远镜的辨别率究竟还是有限的,图像的测量和重构进程也很庞杂↓


    因此,尽管我们对事件视界望远镜拍摄的首张黑洞照片非常等待,但如果最终看到颁布的照片不那么雅观和清楚(比如像上图右边的样子),也请大家不必觉得意外。

    万事开头难!今后大家看到的黑洞照片确定会比现在更出色。

    (本文作者是北京大学天文学系系主任,教授吴学兵,原题目:什么?人类首张黑洞照片有可能看不清?!)

    (文章起源:澎湃消息)




    (责任编辑:德阳市)

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