人类首次拍摄到黑洞

北京时间2019年4月10日21点整,天文学家召开全球新闻发布会,宣布首次直接拍摄到黑洞的照片。

M87星系中心黑洞

超远距离

为了拍摄这张黑洞照片,科学家们可谓是费劲九牛二虎之力。首先,图中的黑洞来自室女座星系团中一个大质量星系——M87星系的中心。我们都知道,超大质量黑洞一般都位于黑洞的中心,如我们的银河系中心就存在一个大质量黑洞。而这一个黑洞距离我们地球大概有5000万光年( 一光年约为9.46×1012千米 ),而且质量要比我们银河系中心的黑洞大了2000倍不止,难以想象亲眼去看是什么样的场面。

银河系中心黑洞想象图

不过,人类的智慧让梦想成为了现实。虽然我们目前还无法旅行到如此远处去观察这个黑洞,但我们做到了坐在屋子里就可以欣赏这奇妙的天体。我们不妨先来看一下学者们对于这张照片的激动心情。

爱因斯坦真是个天才,他还是对的!

中国科学院上海天文台台长沈志强

我們所看到的一切都符合相對論的預測,我們從理論上思考過,霍金如果跟著我們一起目睹這一刻,他一定會相當震撼,只可惜他提早離去了。

荷蘭奈梅亨大學(Radboud University Nijmegen)博士法爾克(Dr. Heino Falcke)

巨大的拍摄难度

肯定有同学站出来说,黑洞不是一片漆黑的吗?为什么还要去拍照,居然还拍出来了,肯定是假的!其实,虽然黑洞会吞噬光,以至于没有光可以逃脱它的引力,但黑洞是有一圈“结界”的,我们称之为“视界”。在视界周围发出明亮的光的,是黑洞吸引而聚集的物质,叫做“吸积盘”。我们所拍摄到的其实是吸积盘,当然,还有中间一个黑咕隆咚的洞。

要拍摄到距离地球那么远,亮度等级又不是特别高的的天体,单凭地球上现有的天文望远镜或是射电望远镜是完全做不到的。此次拍摄是一次巨大的挑战,也是一次特殊的“拍摄”。说是拍摄,倒不如说是模拟合成。这一次拍摄,人类动用了8台射电望远镜。这些望远镜分布在地球各处,分别是

  • A:亚历桑那无线电波天文臺(Arizona Radio Observatory)的次毫米波望远镜(Submillimeter Telescope)
  • B:詹姆斯.克拉克.麦克斯威尔望远镜(James Clerk Maxwell Telescope)、次毫米波阵列(Submillimeter Array)
  • C:大型毫米波望远镜Alfonso Serrano(Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano)
  • D:亚他加马探路者实验(Atacama Pathfinder Experiment)、阿塔卡玛大型毫米及次毫米波阵列望远镜(ALMA)
  • E:南极望远镜(South Pole Telescope)
  • F:IRAM 30米望远镜(IRAM 30-meter Telescope)
八台射电望远镜分布图

这些望远镜通过捕捉这个黑洞发射来到地球的亚微米波,收集到各种特征数据值,在2017年4月观测黑洞的期间,所收集的数据甚至超过千兆位元(简称PB,相当于1024 TB)。之后科学家更是花了两年时间,才处理好这张黑洞影像。而处理这对数据的头号功臣是一位来自麻省理工学院(MIT)的29岁女科学家——凯特伯曼(
Katie Bouman )。正是她开发出了对于处理这堆超乎庞大的数据的算法,从而使得数据不再是数据,成为了图片

左为伯曼与观测数据的载体硬盘,右为
Margaret Hamilton 与高垒的月球飞船纸质软件代码
人类首次拍摄到黑洞
看到合成出图的激动的伯曼

未来愿景

这一次全球性的公开黑洞照片,预示着人类探索宇宙绝非一国之力所能承担。在探索宇宙的征程上,人类必须团结起来,共同面对。此次成果中我们可以很明显的看出有所不足,毕竟黑洞距离我们那么的遥远,我们所能接收到的仅仅只是其放射出的辐射波。而照片中所展示出的颜色也是经过科学家的想象来合成的。那么,在未来,我们是否能够真正意义上观测到黑洞及周边景象,成了目前严峻的挑战。相信,在不远的未来,人类将再一次完成看似不可能完成的任务,去迎接一个又一个不可能完成的挑战。

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