我國天文學(xué)家參與全球超大黑洞觀測 獲得首張黑洞照片

文章來源:上海天文臺  |  發(fā)布時間:2019-04-11  |  【打印】 【關(guān)閉

  
  北京時間4月10日21時,事件視界望遠鏡(EHT)合作組織協(xié)調(diào)全球六地(比利時布魯塞爾、智利圣地亞哥、中國上海和臺北、日本東京、美國華盛頓)召開聯(lián)合新聞發(fā)布會,宣布天文學(xué)家已成功獲得超大黑洞的第一個直接視覺證據(jù)。《天體物理學(xué)雜志通信》(APJL)以特刊形式通過6篇論文發(fā)表了這一重大結(jié)果。該黑洞圖像揭示了室女座星系團中超大質(zhì)量星系Messier 87(M87)中心黑洞的“面貌”。該黑洞距離地球5500萬光年,質(zhì)量為太陽的65億倍?! ?/div>

  EHT是一個通過國際合作實現(xiàn)的、由8個分布在各種具有挑戰(zhàn)性高海拔地區(qū)的地面射電望遠鏡組成的觀測陣列和全球網(wǎng)絡(luò),旨在通過形成一個口徑如地球大小的“虛擬”望遠鏡來捕捉黑洞圖像,所達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)有的望遠鏡,成為一種具有最高角分辨本領(lǐng)的新觀測設(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觀測使用甚長基線干涉測量(VLBI)技術(shù),觀測波段是1.3毫米,達到的分辨率約20微角秒,足以在巴黎的一家路邊咖啡館閱讀紐約的報紙。

  EHT項目有來自非洲、亞洲、歐洲、北美洲、南美洲的200余名研究人員參與,是全球團隊合作的典范。EHT項目獲得美國國家科學(xué)基金會(NSF)、歐盟歐洲研究理事會(ERC)和包括中國科學(xué)院天文大科學(xué)中心(CAMS)在內(nèi)的東亞資助機構(gòu)支持。CAMS由中科院國家天文臺、紫金山天文臺和上海天文臺共同建立,是EHT的一個合作機構(gòu)的成員。上海天文臺牽頭組織協(xié)調(diào)國內(nèi)學(xué)者通過該合作機構(gòu)參與此次EHT項目合作。

  參與此次觀測的望遠鏡包括ALMA、APEX、IRAM 30米望遠鏡、James Clerk Maxwell望遠鏡(JCMT)、大毫米波望遠鏡(LMT)、亞毫米波陣(SMA)、亞毫米波望遠鏡(SMT)和南極望遠鏡(SPT),其中JCMT目前由東亞天文臺負責(zé)運營。德國馬普射電天文研究所和美國麻省理工學(xué)院海斯塔克天文臺的專用超級計算機負責(zé)原始觀測數(shù)據(jù)的互相關(guān)工作。隨著IRAM NOEMA天文臺、格陵蘭望遠鏡和基特峰望遠鏡的加入,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)會的EHT項目主任Sheperd S. Doeleman說:“我們捕獲到了黑洞的首張照片,這是一項由200多位科研人員組成的團隊完成的非凡的科研成果?!薄拔覀円呀?jīng)取得了上一代人認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之間的合作、創(chuàng)新的算法都匯聚到一起,打開了一個關(guān)于黑洞和事件視界的全新窗口?!?/p>

  黑洞是一種被極度壓縮的宇宙天體,在一個很小的區(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,讓時空彎曲,并將周圍的氣體吸進來。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,會發(fā)出強烈的輻射。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的一個完美目標(biāo)。

  EHT科學(xué)委員會主席、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)期黑洞會形成一個類似陰影的黑暗區(qū)域。這正是愛因斯坦廣義相對論所預(yù)言的,可我們以前從未見過?!薄斑@個暗影的形成,源于光線的引力彎曲和黑洞視界對光子的捕獲。暗影揭示了黑洞這類迷人天體的很多本質(zhì),也使得我們能夠測量M87中心黑洞的巨大質(zhì)量。”

  多次獨立的EHT觀測通過多個校準(zhǔn)以及不同的成像方法均揭示了一個環(huán)狀結(jié)構(gòu)及其中心的暗弱區(qū)域,即黑洞陰影。EHT董事會成員、EHT項目合作伙伴東亞天文臺臺長Paul Ho評論道:“一旦我們成功對黑洞陰影成像,就可以將觀測結(jié)果與理論預(yù)言相比較,檢驗考慮了時空彎曲、超高溫及超強磁場等物理性質(zhì)在內(nèi)的大量模型。令人驚訝的是,我們所觀測到圖像的許多特征與理論預(yù)言相一致,這使得我們對觀測的理論解釋,包括對黑洞質(zhì)量的測量都充滿信心?!?/p>

  中科院上海天文臺臺長沈志強說:“對M87中心黑洞的順利成像絕不是EHT國際合作的終點站,我們期望也相信在不久的將來EHT會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