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【中國那些事兒】為揭開黑洞神秘面紗 中國科學家做了這些貢獻

滾動新聞 | 2019-04-10 20:55:09
星辰在線 | 作者: | 編輯:丁虹

     4月10日電 北京時間今晚21時,一場全球新聞發布會將在中國上海和臺北、美國華盛頓、日本東京、比利時布魯塞爾和智利圣地亞哥同時召開。發布會上,有一張全球200多位科學家們用八個望遠鏡(陣)合力拍攝、并“沖洗”了兩年的神秘照片將與公眾見面。

  這張照片將是人類有史以來獲得的第一張黑洞照片。

  

全球許多媒體都將于今晚直播首張黑洞照片發布過程。圖片來源:美國Space.com網站報道截圖

  科學家要如何“抓拍”到黑洞?

  黑洞是一種體積極小、質量極大的天體,具有非常強的引力,在它周圍的一定區域內,連光也無法逃逸出去,這個邊界稱為“事件視界”。那么,科學家們要如何拍到連光都會吞噬掉的“黑洞”呢?

  香港大學太空研究實驗室執行主任、曾獲得過高能天體物理學最高獎之一“布魯諾·羅西獎”(Bruno Rossi Prize)的蘇萌教授在接受本網專訪時是這樣解讀黑洞的“黑”的。

  

香港大學太空研究實驗室執行主任蘇萌教授

  他說,一方面,你可以說黑洞本身是很黑的,完全看不見,但是周圍的物質在進入黑洞里面的一瞬間是非常亮的,也就是變成黑洞的那一瞬間其實是最亮的,所以我們現在要拍的是周圍物質掉進去那一瞬間的照片。我們現在估計銀河系里面有幾億個、幾十億個甚至更多的黑洞,但是真正被觀測看到的,大概也就幾十個。

  新華社報道稱,全球科學家們實際上嘗試觀測的就是黑洞的“事件視界”。 2017年的4月5日到14日之間,來自全球30多個研究所的科學家們開展了一項雄心勃勃的龐大觀測計劃,利用分布于全球不同地區的八個射電望遠鏡陣列組成一個虛擬望遠鏡網絡,讓人類第一次看到黑洞的視界面。這個虛擬的望遠鏡網絡被稱為“事件視界望遠鏡”(Event Horizon Telescope, EHT),其有效口徑尺寸將達到地球直徑大小。

  照片為什么“沖洗”了兩年

  自2017年4月 EHT啟動拍照,至今已經約有兩年的時間了。為什么“黑洞”這張照片用了這么久才“沖洗”出來?

  蘇萌教授稱,給“黑洞”拍照不像是手機拍照那樣,立刻就能呈現出來,它是大量的海量數據,還有很多個步驟。然后一步一步地把這個數據從巨大的一個體量最后變成了照片,讓有用的信息一直保持下去,而把沒有用的信息剔除掉。還要把大家做的信息統籌起來,所以是這樣一個過程,其實兩年時間并不算長。

  這張神秘照片的意義何在?

  

美國ABC網站報道截圖

  黑洞是愛因斯坦廣義相對論預言存在的一種天體。100年來,黑洞理論的研究一直是理論物理中的前沿課題。

  蘇萌教授指出,對于黑洞,科學家們一直沒能在天體物理真實世界里給出一個確切的觀測。人們只能說看到這樣或那樣的信號,如果這些信號不是黑洞的話很難(用其他理論)去解釋;但這畢竟還是一個間接的概念。看到直接證據才算看到了黑洞。此次發布的這項成果,應該就是對物質掉進黑洞的那個階段的觀測。就是完成了一個成像的過程,我認為可以把這個稱為直接的觀測,所以它對以后對黑洞本身的研究、對黑洞天體物理學的發展,以及對世界和宇宙的觀測都具有更深刻的價值。

  中國科學家做出了重要貢獻

  

《南華早報》網站報道截圖

  香港《南華早報》報道稱,目前尚不清楚參與此次EHT項目的200多名研究人員中有多少來自中國,但中國的天文學家為EHT項目做出了重要貢獻是不爭事實。北京大學物理學院天文系主任吳學兵教授說,他所在的天文系就參與了此次項目。

  報道進一步指出,中國科學家在資金支持,計算機建模和數據分析方面都做出了貢獻。 EHT陣列的觀測只持續了幾個小時,但研究人員花了將近一年的時間才將碎片圖像合并成一張完整可信的圖片。

  “處理的數據量非常大。對于任何一個國家來說,這都是一項不可能單獨完成的任務,需要全球合作才能完成。“吳教授說。

  蘇萌教授稱,天文學本身就是一個特別重視國際合作的學科,它的許多成果都是不同文化背景下的眾多國家、團隊、高校為了一個科學目標而一起長時間努力而獲得的。比如,一些天文學的項目,往往幾百人是一個很正常的規模。所以在EHT這個項目里面,也是很多國家高校的研究機構團隊參與進去,包括中國的科研機構和科學家,比如中國科學院上海天文臺便參與了此次國際合作。

  蘇萌教授進一步指出,現在,在全球重大的天文學發現中,已經有越來越多中國團隊的身影,中國科學家參與到大型的國際合作中,并做出了相應的貢獻。例如,中國在射電干涉方向已經積累了相當多的人才。尤其是在正在推進的國際大科學工程——平方公里陣列射電望遠鏡(Square Kilometre Array, SKA)計劃中,中國的貢獻率大幅提升。在很多方面中國技術起了核心的作用。SKA是當前國際射電天文界的最重要的大型望遠鏡項目,是人類有史以來建造的最龐大的天文設備,將開辟人類認識宇宙的又一新紀元。

  這些年,中國科學家還為“揭黑”做了這些事兒

  

《自然-天文學》雜志網站報道截圖

  2019年1月,中國科學技術大學天文學系教授王挺貴和劉桂琳課題組在國際頂級科學期刊《自然》子期刊《自然-天文學》發表研究成果,他們利用光譜吸收線光變,首次得到了超大質量黑洞所驅動高速氣體的物理性質分布,證明高速外流氣體有足夠的能量影響星系演化。

  超大質量黑洞產生的強大輻射可以將其周圍氣體電離,并吹向星際空間形成高速外流,對其所在星系造成影響。但受目前觀測能力限制,人們對外流高速氣體的物理性質及其對星系演化的具體影響了解甚少。

  

phys.org 網站報道截圖

  中國科學技術大學天文學系教授王挺貴小組與中國極地研究中心、安徽師范大學的學者合作,在距離地球幾千萬光年外的NGC 3319星系中心發現了疑似“中等大小”的黑洞。2018年12月,國際天體物理領域權威學術雜志《天體物理期刊》刊登了該發現。

  目前人類已知的黑洞可分為兩大類,一類質量在幾倍到幾十倍太陽質量之間,另一類質量在幾百萬到幾十億倍太陽質量之間。兩類黑洞的質量大小極為懸殊,但科學界一直沒找到質量介于其間的“中等大小”黑洞,這也是天體物理研究中的一個謎團。

  “中等大小”黑洞被認為可能是超大質量黑洞的“種子”,學者們的這次研究與發現,對于理解超大質量黑洞的形成與增長之謎有重要啟示。

  

2015年1月,英國《自然》雜志公布一項研究成果稱,以中國天文學家為主的科研團隊發現了一顆中心黑洞質量約為120億個太陽質量的超亮類星體。圖片來源:《自然》網站報道截圖

  2015年1月,英國《自然》雜志公布一項最新研究成果,以中國天文學家為主的科研團隊發現了一顆430萬億倍太陽光度、中心黑洞質量約為120億個太陽質量的超亮類星體。據悉,這是人類目前已觀測到的遙遠宇宙中發光最亮、中心黑洞質量最大的類星體。

  科研團隊負責人、北京大學物理學院天文學系教授吳學兵介紹,根據已觀測到的光譜數據,這顆新發現的類星體,光度是太陽光度的430萬億倍,距離地球128億光年,比目前已知距離地球最遠130億光年的類星體還亮7倍,其中心黑洞質量約為120億個太陽質量,是目前已知的遙遠宇宙中星體中光度最高、黑洞質量最大的類星體。

  這顆超亮類星體是中國天文學家于2013年底利用云南麗江2.4米口徑的望遠鏡首先發現,隨后又聯合國外天文學家,利用美國、智利的多臺大口徑望遠鏡進行后續觀測并最終得到確認的。

【來源:中國日報網】

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