我國天文學(xué)家參與全球超大黑洞觀測(cè) 獲得首張黑洞照片
文章來源:上海天文臺(tái) | 發(fā)布時(shí)間:2019-04-11 | 【打印】 【關(guān)閉】
EHT是一個(gè)通過國際合作實(shí)現(xiàn)的、由8個(gè)分布在各種具有挑戰(zhàn)性高海拔地區(qū)的地面射電望遠(yuǎn)鏡組成的觀測(cè)陣列和全球網(wǎng)絡(luò),旨在通過形成一個(gè)口徑如地球大小的“虛擬”望遠(yuǎn)鏡來捕捉黑洞圖像,所達(dá)到的靈敏度和分辨本領(lǐng)都是前所未有的。EHT使用新穎的系統(tǒng)連接現(xiàn)有的望遠(yuǎn)鏡,成為一種具有最高角分辨本領(lǐng)的新觀測(cè)設(shè)備,為科學(xué)家們提供了研究宇宙中最極端天體的新手段。EHT觀測(cè)使用甚長基線干涉測(cè)量(VLBI)技術(shù),觀測(cè)波段是1.3毫米,達(dá)到的分辨率約20微角秒,足以在巴黎的一家路邊咖啡館閱讀紐約的報(bào)紙。
EHT項(xiàng)目有來自非洲、亞洲、歐洲、北美洲、南美洲的200余名研究人員參與,是全球團(tuán)隊(duì)合作的典范。EHT項(xiàng)目獲得美國國家科學(xué)基金會(huì)(NSF)、歐盟歐洲研究理事會(huì)(ERC)和包括中國科學(xué)院天文大科學(xué)中心(CAMS)在內(nèi)的東亞資助機(jī)構(gòu)支持。CAMS由中科院國家天文臺(tái)、紫金山天文臺(tái)和上海天文臺(tái)共同建立,是EHT的一個(gè)合作機(jī)構(gòu)的成員。上海天文臺(tái)牽頭組織協(xié)調(diào)國內(nèi)學(xué)者通過該合作機(jī)構(gòu)參與此次EHT項(xiàng)目合作。
參與此次觀測(cè)的望遠(yuǎn)鏡包括ALMA、APEX、IRAM 30米望遠(yuǎn)鏡、James Clerk Maxwell望遠(yuǎn)鏡(JCMT)、大毫米波望遠(yuǎn)鏡(LMT)、亞毫米波陣(SMA)、亞毫米波望遠(yuǎn)鏡(SMT)和南極望遠(yuǎn)鏡(SPT),其中JCMT目前由東亞天文臺(tái)負(fù)責(zé)運(yùn)營。德國馬普射電天文研究所和美國麻省理工學(xué)院海斯塔克天文臺(tái)的專用超級(jí)計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)原始觀測(cè)數(shù)據(jù)的互相關(guān)工作。隨著IRAM NOEMA天文臺(tái)、格陵蘭望遠(yuǎn)鏡和基特峰望遠(yuǎn)鏡的加入,未來EHT的靈敏度還將顯著提高。
來自天體物理中心/哈佛大學(xué)及史密松寧學(xué)會(huì)的EHT項(xiàng)目主任Sheperd S. Doeleman說:“我們捕獲到了黑洞的首張照片,這是一項(xiàng)由200多位科研人員組成的團(tuán)隊(duì)完成的非凡的科研成果。”“我們已經(jīng)取得了上一代人認(rèn)為不可能做到的事情,技術(shù)的突破、世界上最好的射電天文臺(tái)之間的合作、創(chuàng)新的算法都匯聚到一起,打開了一個(gè)關(guān)于黑洞和事件視界的全新窗口。”
黑洞是一種被極度壓縮的宇宙天體,在一個(gè)很小的區(qū)域內(nèi)包含著令人難以置信的質(zhì)量。這種天體的存在以極端的方式影響著周圍環(huán)境,讓時(shí)空彎曲,并將周圍的氣體吸進(jìn)來。在此過程中,氣體的引力能轉(zhuǎn)化成熱能,因此氣體的溫度變得很高,會(huì)發(fā)出強(qiáng)烈的輻射。超大質(zhì)量黑洞是相當(dāng)小的天體,以至于幾乎很難被直接看到。由于黑洞的尺寸正比于它的質(zhì)量,黑洞質(zhì)量越大,黑洞陰影越大。M87中心的黑洞質(zhì)量巨大,又相對(duì)接近我們,是從地球上看過去角直徑最大的黑洞之一,也因此成為EHT的一個(gè)完美目標(biāo)。
EHT科學(xué)委員會(huì)主席、來自荷蘭拉德堡德大學(xué)的Heino Falcke解釋說:“如此一來,黑洞就像沉浸在一片類似發(fā)光氣體的明亮區(qū)域內(nèi),我們預(yù)期黑洞會(huì)形成一個(gè)類似陰影的黑暗區(qū)域。這正是愛因斯坦廣義相對(duì)論所預(yù)言的,可我們以前從未見過?!薄斑@個(gè)暗影的形成,源于光線的引力彎曲和黑洞視界對(duì)光子的捕獲。暗影揭示了黑洞這類迷人天體的很多本質(zhì),也使得我們能夠測(cè)量M87中心黑洞的巨大質(zhì)量。”
多次獨(dú)立的EHT觀測(cè)通過多個(gè)校準(zhǔn)以及不同的成像方法均揭示了一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)及其中心的暗弱區(qū)域,即黑洞陰影。EHT董事會(huì)成員、EHT項(xiàng)目合作伙伴東亞天文臺(tái)臺(tái)長Paul Ho評(píng)論道:“一旦我們成功對(duì)黑洞陰影成像,就可以將觀測(cè)結(jié)果與理論預(yù)言相比較,檢驗(yàn)考慮了時(shí)空彎曲、超高溫及超強(qiáng)磁場等物理性質(zhì)在內(nèi)的大量模型。令人驚訝的是,我們所觀測(cè)到圖像的許多特征與理論預(yù)言相一致,這使得我們對(duì)觀測(cè)的理論解釋,包括對(duì)黑洞質(zhì)量的測(cè)量都充滿信心?!?/p>
中科院上海天文臺(tái)臺(tái)長沈志強(qiáng)說:“對(duì)M87中心黑洞的順利成像絕不是EHT國際合作的終點(diǎn)站,我們期望也相信在不久的將來EHT會(huì)有更多令人興奮的結(jié)果?!?/p>

天文學(xué)家捕獲的首張黑洞照片
