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中科大天文学系教授揭秘全球首张黑洞照片背后的故事

2019-04-11 16:06:00    来源:hefeiol.com    编辑:合肥在线

 北京时间4月10日21时07分,人类首张黑洞照片在全球六地同步发布。当日,中国科学院上海天文台天文大厦三楼同步发布了人类首张黑洞照片。发布会刚结束,该项目中国合作组成员、中国科学技术大学天文学系教授袁业飞接受了合肥在线记者的专访。

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全球首张黑洞照片

“照片最终呈现的效果超出了我的预期。”袁业飞告诉记者:“我非常兴奋。”其次,他指出,可以看到黑洞周围物体的运动速度接近光速。“从另一个角度再次佐证了广义相对论。”

“在整个项目中,中国同事承担了观测工作,也承担了重要的数据分析工作。”袁业飞说,自己则主要在数据的基础上提供理论分析和理论解析。

中国科学技术大学天文学系教授袁业飞

中国科学技术大学天文学系教授袁业飞

说起下一步的研究工作,袁业飞说:“我们的主要工作仍是观测,同时希望可以把望远镜观测短波的能力进一步提升。”

记者了解到,此次发布的黑洞图像揭示了室女座星系团中超大质量星系M87中心的黑洞,其距离地球5500万光年,质量为太阳的65亿倍。该图像的许多特征与爱因斯坦广义相对论的预言完全相一致,在强引力极端环境下进一步验证了广义相对论。通过研究这个图像,人类将揭示出黑洞这类天体更多本质。

事件视界望远镜项目合作由13个合作机构组成,中国科学院天文大科学中心(CAMS) 是其中之一。CAMS由中国科学院国家天文台、紫金山天文台和上海天文台共同建立,其中上海天文台牵头组织协调国内学者参与了此次合作。

袁业飞,1972年8月19日出生于安徽省当涂县。 现为中国科学技术大学天文学系教授。曾任天文学系系主任,天体物理中心副主任。1999年获中国科学技术大学天体物理专业博士学位,1998年获中国科学院院长奖学金优秀奖。2001年1月被破格聘任为中国科学技术大学副教授。2002-2003学年被教育部国家留学基金委以高级访问学者的身份选派到美国哈佛大学天文系访问。2001,2004年曾应邀访问香港大学物理系,并作合作研究。入选教育部2005年度“新世纪优秀人才支持计划”。

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问:什么是黑洞?

答:根据爱因斯坦引力场方程的计算,如果大量物质集中于空间一点,奇点周围会形成时空扭曲的“视界”,一旦进入这个界面,连光子也无法逃逸。

这个预测在1916年被提出来,不过,直到1967年,普林斯顿大学核物理学家约翰?惠勒才在一场讲座里首次使用了“黑洞”(black hole)这个词汇,并迅速流传开来。

问:既然看不见,怎么拍黑洞的照片?

答:虽然科学家们看不到黑洞的本体,但可以一直追溯到光子消失的“视界”,这是我们能“看到”的极限。

黑洞周围的确会存在一些发光的现象,比如黑洞在吃掉周围的恒星时,会将恒星的气体撕扯到身边,形成一个旋转的吸积盘。黑洞有时候也会“打嗝”,一部分吸积气体会沿转动方向被抛射出去,形成喷流。

吸积盘和喷流都会因气体摩擦而产生明亮的光线,以及其他频段的辐射。

问:可为何弄到一张照片要花上这么久的时间?

答:黑洞照片“拍”起来难,“洗”出来也难。虚拟的大望远镜阵列并非直接拍出了黑洞的图像,而是给出了许多数据,必须经历复杂的计算机处理过程。其中还有些缺失或模糊的部分,需要科学家们拼图。

此外,在2017年4月的联合观测以后,研究团队还进行了一些数据收集和校准的工作。

问:怎么拍出分辨率这么高的照片?

答:全球望远镜组成阵列,联合观测,形成一个有效口径等于地球直径的大望远镜。这个虚拟的大望远镜叫做“事件视界望远镜”(EHT),由8台望远镜组成。分别是:南极望远镜(South Pole Telescope);位于智利的阿塔卡马大型毫米波阵(Atacama Large Millimeter Array,ALMA);位于智利的阿塔卡马探路者实验望远镜(Atacama Pathfinder Experiment);墨西哥的大型毫米波望远镜(Large Millimeter Telescope);位于美国亚利桑那州的(Submillimeter Telescope);位于夏威夷的麦克斯韦望远镜(James Clerk Maxwell Telescope,JCMT);位于夏威夷的亚毫米波望远镜(Submillimeter Array);位于西班牙的毫米波射电天文所的30米毫米波望远镜。它们在2017年4月对两个黑洞目标进行了联合观测。

望远镜在全球分布示意图,红点代表望远镜所在地

望远镜在全球分布示意图,红点代表望远镜所在地

从2018年起,又有格陵兰岛望远镜、位于法国的IRAM NOEMA天文台和位于美国的基特峰国立天文台加入后续的研究和校准工作。

全球一共60多个研究机构参与了研究,其中包括中国科学院下属的上海天文台、云南天文台等机构,以及华中科技大学、南京大学、中山大学、北京大学、中国科学院大学、台湾大学等高校。这也是中国上海和台北两地联合举办新闻发布会的原因。

·合肥在线记者 王旭·

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