人类首次“看见”黑洞

4月10日,中国科学院上海天文台台长沈志强主持新闻发布会,发布人类史上首张黑洞照片。北京时间4月10日晚9时许,包括中国在内,全球多地天文学家同步公布首张黑洞真容。这一由200多名科研人员历时10余年、从四大洲8个观测点“捕获”的视觉证据,有望证实爱因斯坦广义相对论在极端条件下仍然成立。

 资  讯 

人类首张黑洞照片面世在即 天文学家为你科普黑洞

即时 | 2019-04-10 16:34

中新网上海4月10日电 (记者 孙自法) 北京时间4月10日21点,全球六地(比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海和台北、日本东京、美国华盛顿)将以英语、西班牙语、汉语和日语四种语言,通过协调召开全球新闻发布会,事件视界望远镜(EHT)将宣布一项与超大质量黑洞照片有关的重大成果。在上海,EHT项目和中国科学院将在中科院上海天文台共同发布这一重大成果。

黑洞是什么?为什么要给黑洞拍照?什么样的望远镜可以对黑洞成像?给黑洞拍照难在哪里?……在备受瞩目的黑洞照片揭开神秘面纱前夕,参与EHT项目的中科院上海天文台向媒体提供了一系列黑洞相关科普知识——

1. 给黑洞拍照,是要拍一张怎样照片?天文学家期望拍一张怎样照片?

广义相对论预言,由于黑洞的存在,我们将会看到中心区域存在一个由于黑洞视界而形成的阴影(shadow),其周围环绕一个由吸积或喷流辐射造成的如新月状的光环,由于黑洞的自旋及与观测者视线方向的不同,光环的大小约为4.8-5.2倍史瓦西半径(注:史瓦西半径指没有自旋的黑洞的事件视界半径)。

2. 为什么要给黑洞拍照?

对黑洞阴影的成像将能提供黑洞存在的直接“视觉”证据。黑洞具有强引力,因此给黑洞拍照,最重要的目的是在强引力场的极端环境下验证爱因斯坦的广义相对论,并同时细致研究黑洞周围的物质吸积和喷流的形成及传播。

3. 什么样的黑洞适合拍照?

黑洞阴影和周围环绕的新月般光环非常非常小,在拍照设备能力有限的情况下,要想拍摄到黑洞的照片,毫无疑问要找到一个看起来角直径足够大的黑洞作为对象。

由于黑洞事件视界的大小与其质量成正比,这也就意味着质量越大,其事件视界越大,因此近邻的超大质量黑洞是完美的黑洞成像候选体。位于人马座方向的银河系中心黑洞Sgr A* 和近邻射电星系M87的中心黑洞M87* 是两个目前已知最优的候选体。

银河系中心黑洞的史瓦西半径约为10微角秒,其黑洞阴影的角直径大小相应为47-50微角秒,这相当于一个苹果在月球上的角直径大小(月球的角直径是30角分)。M87中心的超大质量黑洞(M87*)的黑洞阴影看起来要比银心的黑洞阴影略小,约为37-40微角秒。

4. 什么样的望远镜可以对黑洞成像?

要对黑洞成像,必须要保证望远镜足够灵敏,能分辨的细节足够小,从而能保证看得到和看得清。满足这些条件,最好的工具莫过于1967年出现的甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry, VLBI)技术(值得一提的是,该VLBI技术也成功应用于中国嫦娥探月工程的探测器的测定位)。假定在1毫米波长观测,一个长度为1万千米的基线能获得约21微角秒的分辨本领。

不过,大家可千万别以为,只要VLBI阵列的分辨率足够高,就一定能成功给黑洞拍照。因为,情况没那么简单。如同观看电视节目必须选对频道一样,对黑洞成像而言,能够在合适的波段进行VLBI观测至关重要。观测黑洞视界的最佳波段在1毫米附近。

5. 此次拍照使用的视界望远镜(EHT)是一台什么样的望远镜?

为了捕获第一张黑洞图像,全球超过200名科学家达成了EHT这一重大国际合作计划。EHT观测所利用的技术就是毫米波VLBI,目前其工作波段在1.3mm,并且将有望扩展到更短的0.8mm。

EHT合作者们在2017年4月份到多个世界上最高、最偏僻的射电天文台,以一种爱因斯坦永远也不会想到的方式去检验广义相对论。参与此次观测的包括位于世界6个地点的8个台站(Atacama Pathfinder Experiment, APEX; Atacama Large Millimeter/ submillimeter Array, ALMA; IRAM 30-meter Telescope; South Pole Telescope, SPT; James Clark Maxwell Telescope, JCMT; Large Millimeter Telescope, LMT; Submillimter Array, SMA; Submillimeter Telescope, SMT)。其中,JCMT目前由东亚天文台负责运营,是中国大陆及台湾地区、韩国以及日本的共同合作项目。

2017年4月份参加EHT观测的8个台站,实线连接的为观测M87的7个台站,虚线连接的为观测一个校准源(3C279)的台站。图片来源:“First M87 Event Horizon Telescope Results I: The Shadow of the Supermassive Black Hole”。

6. 给黑洞拍照,难在哪里?

一是要选择合适的拍照对象——近邻的超大质量黑洞是完美的黑洞成像候选体;二是要共同合作组成一个超级大望远镜——视界望远镜(EHT):三是必须在合适的观测波段——毫米波;四是面对VLBI所记录的庞大数据量,进行复杂的数据后期处理和分析,获取最终的黑洞图像。据介绍,2017年4月份的EHT观测中每个台站的数据率达到惊人的32Gbit/s, 8个台站在5天观测期间共记录约3500TB数据。天文学家打比方说,这么多数据如果是电影的话,至少要几百年才能看完。

7. 黑洞是什么?

理论上,黑洞是爱因斯坦广义相对论预言存在的一种天体,它具有的超强引力使得光也无法逃脱它的势力范围,该势力范围称作黑洞的半径或称作事件视界(event horizon)。

宇宙中,天文学家们根据质量将宇宙中的黑洞分成三类:恒星级质量黑洞(几十倍至上百倍太阳质量)、超大质量黑洞(几百万倍太阳质量以上)和中等质量黑洞(介于前两者之间)。

8.为什么要研究黑洞?

黑洞就在宇宙中,黑洞自身有一堆让人着迷的秘密,等着人类去研究。第一,在人类居住的银河系中中心就有一个超大质量黑洞,它的质量大约400多万倍太阳质量;第二,这颗超大质量黑洞会影响人类的生活吗?第三,银河系中除了这个超大质量黑洞外,还有很多恒星级黑洞,它们和人类有关系吗?第四,黑洞和它所在的星系之间究竟有什么关系,这也是天文学家非常关心的领域。

9. 如何确认黑洞的存在?真的有黑洞吗?

黑洞的名字,乍一听,黑的洞,那是不是表明没法看见;如果没法看见,那怎么就知道它存在呢?在这次拍照前,天文学家们是通过各种间接的证据来表明黑洞的存在,主要有三类代表性证据。

第一,恒星、气体的运动透露了黑洞的踪迹。黑洞有强引力,对周围的恒星、气体会产生影响,于是我们可以通过观测这种影响来确认黑洞的存在。

第二,根据黑洞吸积物质(类似于“吃东西”)发出的光来判断黑洞的存在。

第三,通过看到黑洞成长的过程“看”见黑洞。

还有很多类似的证据,无不说明了黑洞真实存在。但这些还是间接的证据,人类还想直接“看”到黑洞,于是,通过全球科学家的广泛合作和持续努力,终于直接拍到即将问世的首张黑洞照片。

中国科学家在视界望远镜(EHT)项目中有哪些参与?视界望远镜未来还会有怎样的成果值得期待?当然,如果你想知道更多(EHT)项目情况,更多了解人类首张黑洞照片详情,就请耐心等待并关注几小时后举行的全球同步发布会。(完)

新华国际时评:当全世界同望星空,黑洞也“发光”

即时 | 2019-04-10 15:51

新华社北京4月10日电 题:当全世界同望星空,黑洞也“发光”

新华社记者 郭爽

宇宙中最神秘的天体、时空中的无底深渊,即使是光都无法逃逸……长久以来,黑洞只不过是广义相对论的预言、爱因斯坦的方程、模拟电脑图像、引力波等项目的间接证据,或者科幻小说的想象。

然而,当全球科学界将分布在世界各地的8个射电望远镜(阵)组成“地球级别”的虚拟望远镜阵列,同一时刻、同一方向,对准同一片遥远星空,就连黑洞——这些深藏于宇宙各处的引力陷阱,也会“发出耀眼光芒”。

从美国夏威夷到智利,从伊比利亚半岛到南极……全球30多个研究所,200多名科学家,倾数年心血,携手并肩,共同记录黑洞周围吸积盘和喷流等发出的耀眼光芒,从而让超大质量黑洞无处遁形,显现“真容”。正是全球同步的努力,让人类拍摄到有史以来首张黑洞照片。

在这一“兴师动众”的过程中,科研领域全球同步的作用愈发凸显。正如“事件视界望远镜”项目科学委员会主席、荷兰奈梅亨大学教授海诺·法尔克所说,这样的项目需要整个世界。

事实上,观测黑洞项目,让地球上几乎所有这一领域的研究人员都不同程度地以不同方式参与其中。科学探索,正让整个世界以不同寻常的方式更紧密地连接在一起,不仅让地球,也让人类成为一个共同体。

无论是对黑洞概念懵懵懂懂的早期天文学家、发表广义相对论的爱因斯坦、获得黑洞存在证据的引力波项目团队,还是今天共同拍摄黑洞照片的各国科研人员,让人类持续探索并不断取得进步的动力之一,正是人类作为一个共同体对宇宙和自身的好奇心。

探索未知,是人类拓展自身疆界的重要过程。天文学的进步,也同时推动数学、物理学、化学、计算机等多个学科并肩前行。而只有多领域、多学科并行发展,更大尺度地拓展国际合作范围、更深入地探索国际合作模式,人类探索未知的视野才可能变得更加开阔。

无论仰望星空,还是审视自己,当地球上的人们全体凝视同一方向,如同黑洞这样曾经深藏不露的未知,终将一个接一个“显露光芒”。

人类史上首张黑洞照片今将问世 全球多城同步发布

即时 | 2019-04-10 07:06

中新网客户端北京4月10日电 全球多国科研人员合作的“事件视界望远镜”项目将于今日发布一项“开创性成果”,舆论普遍认为这将是人类有史以来获得的第一张黑洞照片。

早在1915年,爱因斯坦发表广义相对论,最先预言了黑洞的存在。100多年后的今天,人类有望第一次“亲眼目睹”黑洞真容。

人类史上首张黑洞照片今日问世

据“事件视界望远镜”(EHT)项目官网发布的消息,美国东部时间10日9时(北京时间10日21时),在美国华盛顿、中国上海和台北、智利圣地亚哥、比利时布鲁塞尔、丹麦灵比和日本东京将同时召开新闻发布会,以英语、汉语、西班牙语、丹麦语和日语发布“事件视界望远镜”的第一项重大成果。

舆论普遍认为,这将是人类有史以来获得的第一张黑洞照片。

据报道,10日,一些重要嘉宾将参加在美国华盛顿全国记者协会举行的发布会,包括“事件视界望远镜”项目主任、美国哈佛-史密森天体物理学中心资深天文学家谢泼德杜勒曼、项目重要资助方美国国家科学基金会主席弗朗斯 科尔多瓦等。

美国国家科学基金会官网首页有关发布会的介绍中写道:“关于黑洞的历史性宣布。”

在上海,EHT项目和中国科学院将共同发布这一重大成果。

黑洞是什么?

黑洞是什么?

理论上,黑洞是爱因斯坦广义相对论预言存在的一种天体。它具有的超强引力使得光也无法逃脱它的势力范围,该势力范围称作黑洞的半径或称作事件视界。

黑洞(Black hole)这个名词,是1968年由美国天文学家惠勒在一个报告里面提出的。

但有关黑洞的概念,早就有科学家通过数学公式推导出来了。

比如,1796年法国科学家拉普拉斯就在著作里写了一段话:假如有一个恒星,密度跟地球一样,而直径比太阳大250倍,那么它表面的逃逸速度将超过光的传播速度。恒星本来应该是发光的,但是从远方看这个恒星,它却是绝对黑暗的,你不可能看到它。

关于黑洞,法国天文学家卢米涅也说过一段话,他说:“黑洞是恒星死亡后的一种残骸,它是引力收缩的极点,极端到近乎荒唐(指它的一些性质用现有的物理学知识无法解释)。但它又是宇宙当中最精美的天体。了解黑洞并深感困惑之后,会使我们进入一个展示时间、空间、光和物质深刻本质的更加深邃的新视野。”

宇宙中,根据质量天文学家们将宇宙中的黑洞分成三类:恒星级质量黑洞(几十倍至上百倍太阳质量)、超大质量黑洞(几百万倍太阳质量以上)和中等质量黑洞(介于两者之间)。

黑洞真的存在吗?

人类根本看不到黑洞,那又是怎么知道黑洞是真实存在的呢?

鉴于黑洞自身不发光,还会“吞噬”光,很难直接探测,科学家们只能采用一些间接方式来探测黑洞——比如观察吸积盘和喷流。

1978年,卢米涅给出了黑洞事件视界的第一幅图像。但这不是一张真正的照片,而是他利用自己的数学知识和相关技术以及60年代的一台IBM 7040穿孔卡片计算机对黑洞景象进行的电脑模拟。

利用电脑模拟产生的数据,卢米涅用钢笔和印度墨水在底片上描绘黑洞,整个过程就像是一台人体打印机。这幅模糊的图像展示了观察者靠得足够近时看到的一个扁平盘内物质坠入黑洞的景象。

而在EHT项目启动前,天文学家们是通过各种间接的证据来表明黑洞的存在,主要有三类代表性证据:一是恒星、气体的运动透露了黑洞的踪迹。黑洞有强引力,对周围的恒星、气体会产生影响,科学家可以通过观测这种影响来确认黑洞的存在;二是根据黑洞吸积物质(相当于“吃东西”)发出的光来判断黑洞的存在;三是通过看到黑洞成长的过程“看”见黑洞。

此外,还有很多类似的证据,无不说明黑洞真实存在。

照片“冲洗”用了约两年

卢米涅绘出黑洞事件视界的第一幅图像40余年后,人类将首次目睹黑洞的“真容”。

2017年4月,EHT项目启动。

EHT通过“甚长基线干涉技术”(VLBI) 和全球多个射电天文台的协作,构建一个口径等同于地球直径的“虚拟”望远镜——事件视界望远镜。

此前,该项目宣布,用这一虚拟望远镜“拍照”的重点对象是两个黑洞,一个是位于银河系中心的“人马座A*”,另一个位于代号为M87的超巨椭圆星系中心。

据媒体报道,EHT的“八只眼睛”位于美国、墨西哥、智利、法国、格陵兰岛和南极,这8个射电望远镜有单镜、也有望远镜阵列。它们向选定的目标撒出一条大网,捞回海量数据,勾勒出黑洞的模样。

此外,EHT项目是由全球200多位科研人员共同达成的重大国际合作计划。值得一提的是,包括中国科学院上海天文台在内的一些国内机构也参与了此次国际合作。

据介绍,黑洞照片的“冲洗”用了约两年时间。

神秘面纱背后的黑洞,究竟长什么样子?万众期待答案揭晓的一刻。(完)

人类史上首张黑洞照片明日面世

即时 | 2019-04-09 14:46

新华社华盛顿4月9日电 全球多国科研人员合作的“事件视界望远镜”项目将于10日发布一项“开创性成果”,舆论普遍认为这将是人类有史以来获得的第一张黑洞照片。

据“事件视界望远镜”项目官网发布的消息,美国东部时间10日9时(北京时间10日21时),在美国华盛顿、中国上海和台北、智利圣地亚哥、比利时布鲁塞尔、丹麦灵比和日本东京将同时召开新闻发布会,以英语、汉语、西班牙语、丹麦语和日语发布“事件视界望远镜”的第一项重大成果。

一些重要嘉宾将参加在美国华盛顿全国记者协会举行的发布会,包括“事件视界望远镜”项目主任、美国哈佛-史密森天体物理学中心资深天文学家谢泼德·杜勒曼、项目重要资助方美国国家科学基金会主席弗朗斯·科尔多瓦等。美国国家科学基金会官网首页有关发布会的介绍中写道:“关于黑洞的历史性宣布。”

黑洞是一种质量极大的天体,具有非常强的引力,在它周围的一定区域内,连光也无法逃逸出去,这个边界称为“事件视界”。

“事件视界望远镜”项目由全球多个国家和地区的科研人员组成,他们利用分布在世界各地的射电望远镜,组成一台巨大的虚拟望远镜,其口径相当于地球直径。该项目此前宣布,用这一虚拟望远镜“拍照”的重点对象是两个黑洞,一个是位于银河系中心的“人马座A*”,另一个位于代号为M87的超巨椭圆星系中心。

2017年4月“事件视界望远镜”启动拍照时,科尔多瓦曾发表声明说,这是“一项令人激动并具挑战性的工作”,将有助于验证一些最基本的物理学理论。

黑洞照片“冲洗”用了约两年时间。今年3月,出席2019年美国“西南偏南”多元创新大会和艺术节的杜勒曼告诉新华社记者:“对这个项目的成功我们非常乐观,实际上我们已经完成了几乎所有工作。”

包括中国科学院上海天文台在内的一些国内机构参与了此次国际合作。

中国科学院:人类首张黑洞照片在最后“冲洗”中

即时 | 2019-04-05 15:24

中新网北京4月5日电 (记者孙自法)人类首张黑洞照片即将在全球六地同步发布的消息连日来备受关注。来自共同参与这一重大成果的中国科学院的最新消息说,首张黑洞照片目前还在最后“冲洗”中,其问世已进入倒计时。

据介绍,北京时间4月10日21点整,全球六地(比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海和台北、日本东京、美国华盛顿)将以英语、西班牙语、汉语和日语四种语言,通过协调召开全球新闻发布会,事件视界望远镜(EHT)将宣布一项与超大质量黑洞照片有关的重大成果。在上海,EHT项目和中国科学院将共同发布这一重大成果。

黑洞的照片究竟是什么样子?拍到的照片意味着什么?为什么要给黑洞拍照?什么样的黑洞适合拍照?为什么EHT适合给黑洞拍照……这些问题5天后都将在中科院上海天文台举行的发布会上一一揭晓。届时,参与EHT的中国科学家们还将在现场讲述他们参与该项目的心路历程,揭晓EHT未来还会带来怎样的精彩。

关于黑洞、拍摄黑洞照片的EHT,天文学家也分别予以科普——

黑洞是什么?理论上,黑洞是爱因斯坦广义相对论预言存在的一种天体。它具有的超强引力使得光也无法逃脱它的势力范围,该势力范围称作黑洞的半径或称作事件视界。宇宙中,根据质量天文学家们将宇宙中的黑洞分成三类:恒星级质量黑洞(几十倍至上百倍太阳质量)、超大质量黑洞(几百万倍太阳质量以上)和中等质量黑洞(介于两者之间)。

真的有黑洞吗?在这次拍照前,天文学家们是通过各种间接的证据来表明黑洞的存在,主要有三类代表性证据:一是恒星、气体的运动透露了黑洞的踪迹。黑洞有强引力,对周围的恒星、气体会产生影响,科学家可以通过观测这种影响来确认黑洞的存在;二是根据黑洞吸积物质(相当于“吃东西”)发出的光来判断黑洞的存在;三是通过看到黑洞成长的过程“看”见黑洞。此外,还有很多类似的证据,无不说明黑洞真实存在。

人类首次拍到黑洞照片的EHT则是通过“甚长基线干涉技术”(VLBI) 和全球多个射电天文台的协作,构建一个口径等同于地球直径的“虚拟”望远镜——事件视界望远镜。EHT项目是由全球200多位科研人员共同达成的重大国际合作计划,EHT的建设和此次拍摄的首张黑洞照片是全球天文学家合作共赢的一项成果。科学家们相信,这只是一个开始,未来EHT还会带来更多前所未有的科学发现。(完)

人类史上首张黑洞照片有望在年内面世

即时 | 2019-03-11 15:30

新华社美国奥斯汀3月10日电(记者 徐兴堂 张春晓) 经过全球200多位科学家数年的努力,人类史上首张清晰的超级黑洞照片有望在今年年内面世。

在此间举行的2019年美国“西南偏南”多元创新大会和艺术节上,项目负责人、美国哈佛-史密森天体物理学中心资深天文学家谢泼德·杜勒曼接受新华社记者采访时说:“对这个项目的成功我们非常乐观,实际上我们已经完成了几乎所有工作。”

他说,现在需要做的就是反复测试和论证各种数据,然后首张超级黑洞照片将最终成型并于2019年年内正式公布。

200多位分布在世界各地的科学家参与了这一项目,其中4位出席了“西南偏南”一个专题论坛并对项目进行讲解。据他们介绍,给超级黑洞拍照是通过“事件视界望远镜”系统完成的,这是一个由分布在全球各地的射电望远镜组成的虚拟望远镜阵列,口径与地球直径相当。2017年4月,阵列中的8台望远镜同时运作,完成了超级黑洞相关数据的收集。

上个世纪初,爱因斯坦提出的广义相对论预测黑洞不仅存在,而且还是宇宙中一些极端现象的“幕后推手”。黑洞是一种体积极小、质量极大的天体,具有非常强的引力,在它周围的一定区域内,连光也无法逃逸出去,这一区域称为“事件视界”。“事件视界望远镜”实际上尝试观测的是黑洞的“事件视界”。

据介绍,“事件视界望远镜”已经收集了两个超级黑洞的信息,一个是位于银河系中心的“人马座A*”,另一个位于代号为M87的超巨椭圆星系中心。一旦团队确信所有数据都得以测量校正,所有程序都成功验证,首张超级黑洞照片就将面世。

荷兰阿姆斯特丹大学天体物理学教授萨拉·马尔科夫说,“事件视界望远镜”抓取的照片将是真正的鸟瞰图,它将帮助我们了解为何黑洞能对宇宙中的天体产生深刻影响。

美国亚利桑那大学天文和物理学教授迪米特里奥斯·帕萨提斯说,这个项目将可以验证爱因斯坦的预言。“就像首次进入一个全新的领域……什么都阻止不了我们由衷的兴奋。”

2019年“西南偏南”多元创新大会和艺术节8日在美国得克萨斯州首府奥斯汀开幕,为期10天的系列活动聚焦科技创新、音乐、电影和艺术等领域前沿话题。

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