綜合新華社 2019年04月11日
5500萬(wàn)光年外有個(gè)“甜甜圈” 人類(lèi)終于“看到”了黑洞
4月10日，中國科學(xué)院上海天文臺舉行新聞發(fā)布會(huì )，為人類(lèi)史上首張黑洞照片揭幕。新華社記者 金立旺 攝
神秘天體黑洞終于被人類(lèi)“看到”了。數百名科研人員參與合作的“事件視界望遠鏡”項目10日在全球多地同時(shí)召開(kāi)新聞發(fā)布會(huì )，發(fā)布他們拍到的第一張黑洞照片。
照片“主角”是室女座超巨橢圓星系M87中心的超大質(zhì)量黑洞，其質(zhì)量是太陽(yáng)的65億倍，距離地球大約5500萬(wàn)光年。照片展示了一個(gè)中心為黑色的明亮環(huán)狀結構，看上去有點(diǎn)像甜甜圈，其黑色部分是黑洞投下的“陰影”，明亮部分是繞黑洞高速旋轉的吸積盤(pán)。
“我很高興地宣布，我們首次看到了曾認為不可見(jiàn)的東西……而這只是開(kāi)始。”項目主任、美國哈佛-史密森天體物理學(xué)中心的謝潑德·杜勒曼在美國首都華盛頓說(shuō)。發(fā)布會(huì )現場(chǎng)多次響起熱烈掌聲。
除華盛頓外，中國上海和臺北、智利圣地亞哥、比利時(shí)布魯塞爾和日本東京等地也同時(shí)召開(kāi)發(fā)布會(huì )。美國《天體物理學(xué)雜志通訊》以特刊形式通過(guò)6篇論文發(fā)表這一重大成果。
上世紀初，愛(ài)因斯坦提出廣義相對論預言了黑洞的存在。這是一種體積極小而質(zhì)量極大的天體，引力非常強，以至于周?chē)欢▍^域內連光也無(wú)法逃逸，這一區域被稱(chēng)為“事件視界”。
包括中國科學(xué)院上海天文臺在內的一些中國機構參與觀(guān)測和數據處理。中科院國家天文臺副臺長(cháng)薛隨建說(shuō)，此次參與為中國今后在相關(guān)國際合作中發(fā)揮更重要作用做了良好示范。
照片給出黑洞這一極端天體存在的最直接證據，驗證了廣義相對論，也將幫助回答星系中的壯觀(guān)噴流如何產(chǎn)生并影響星系演化等諸多前沿問(wèn)題。
“黑洞是時(shí)空盡頭，存在一些我們想破解的謎團。首次給黑洞拍照可能幫助我們朝著(zhù)解開(kāi)這些謎更進(jìn)一步。”項目科學(xué)委員會(huì )主席、荷蘭奈梅亨大學(xué)教授海諾·法爾克告訴新華社記者。美國哈佛大學(xué)理論物理學(xué)家亞伯拉罕·洛布形容：“百聞不如一見(jiàn)，一圖抵千言。”
三大看點(diǎn)
數據加理論 照片“沖洗”了兩年
人類(lèi)獲得的首張黑洞照片10日面世。這張照片在科學(xué)上有多重要？拍到黑洞照片有多難？中國又發(fā)揮了什么作用？
了解黑洞吞噬噴射物質(zhì)的過(guò)程
兩百多年前，就有科研人員設想宇宙中存在一種質(zhì)量巨大、引力強到連光也無(wú)法逃脫的天體。愛(ài)因斯坦在一百多年前提出的廣義相對論，可用于計算出這種天體的若干性質(zhì)。但黑洞作為一個(gè)科學(xué)術(shù)語(yǔ)，直到20世紀60年代才由美國天體物理學(xué)家約翰·惠勒提出。
給黑洞拍照的“事件視界望遠鏡”項目科學(xué)委員會(huì )主席、荷蘭奈梅亨大學(xué)教授海諾·法爾克告訴新華社記者，黑洞涉及人類(lèi)對宇宙的根本了解，“我們的宇宙中有兩大理論，愛(ài)因斯坦的相對論描述了宏觀(guān)，量子力學(xué)描述了微觀(guān)，但是在黑洞的邊緣，相對論與量子力學(xué)無(wú)法協(xié)調，在那里可能會(huì )發(fā)現新的東西”。
美國亞利桑那大學(xué)天文學(xué)副教授丹尼爾·馬羅內認為，黑洞在長(cháng)時(shí)間尺度上會(huì )影響宇宙演化。但人們并沒(méi)有完全了解黑洞如何吞噬物質(zhì)，然后又將其中一部分以接近光速向外噴射，影響其所在星系。黑洞照片有助于了解黑洞噴流的形成過(guò)程。
打開(kāi)黑洞秘密的全新窗口
此次拍照的一個(gè)目標是代號為M87的超巨橢圓星系中心黑洞，它的質(zhì)量是太陽(yáng)的65億倍，但離我們實(shí)在太遠，達到5500萬(wàn)光年。
要拍攝這么遠的對象，科學(xué)家模擬出口徑像地球一樣大的望遠鏡，這就是“事件視界望遠鏡”，它集合了分布在全球各地的多個(gè)射電望遠鏡。從智利阿塔卡馬沙漠到南極冰原，從西班牙的高山到夏威夷的海島，8個(gè)射電望遠鏡通過(guò)“甚長(cháng)基線(xiàn)干涉測量技術(shù)”聯(lián)合起來(lái)，成功拍到人類(lèi)歷史上第一張黑洞照片。
經(jīng)大約兩年的數據處理及理論分析，照片才成功“沖洗”出來(lái)。談及給黑洞拍照的難度，項目協(xié)作委員會(huì )主席、德國馬克斯·普朗克射電天文研究所所長(cháng)安東·岑蘇斯打比方說(shuō)：“如果地球是平的，那使用這一技術(shù)可以從波恩看清紐約街頭報紙上的字。”
照片展示了一個(gè)中心黑色的明亮環(huán)狀結構，有點(diǎn)像甜甜圈，也與此前科幻電影《星際穿越》科學(xué)顧問(wèn)根據相對論等模擬的黑洞圖片相似。
此次合作匯集了全球超過(guò)200名研究人員的共同努力。“我們已經(jīng)完成了上一代人認為不可能做到的事情。”項目主任、美國哈佛-史密森天體物理學(xué)中心的謝潑德·杜勒曼總結說(shuō)。“技術(shù)的突破、世界上最好的射電望遠鏡之間的合作、創(chuàng )新的算法都匯聚到一起，打開(kāi)了一個(gè)了解黑洞的全新窗口。”
期待中國成為重要一員
在“事件視界望遠鏡”項目中，中國科學(xué)院天文大科學(xué)研究中心（國家天文臺、紫金山天文臺和上海天文臺）參與了位于美國夏威夷的東亞JCMT望遠鏡對黑洞的觀(guān)測，多名中國學(xué)者是此次黑洞照片相關(guān)論文的作者。
不過(guò)，中國天文學(xué)界清醒地認識到目前的“參與者”角色。中國科學(xué)院國家天文臺副臺長(cháng)薛隨建指出，這次“算是重在參與”，“在中國科學(xué)界參與的三十米望遠鏡（TMT）等其他重大國際項目中，那些可預期和不可預期的重大發(fā)現將更加激動(dòng)人心。”
太空可能是中國未來(lái)能發(fā)揮更多作用的地方。法爾克說(shuō)，今后要拍攝更好的黑洞照片，就需要比地球還大的望遠鏡，這就需要走向太空，“中國在射電干涉測量技術(shù)和太空探索方面的能力正快速增長(cháng)，我期待未來(lái)中國能成為這個(gè)領(lǐng)域的重要一員”。
專(zhuān)訪(fǎng)物理學(xué)家李淼：
拍的不是黑洞“樣子” 是對周?chē)镔|(zhì)影響
□川報記者 熊筱偉
北京時(shí)間4月10日21時(shí)，人類(lèi)首張黑洞照片正式發(fā)布。看到新聞，讓不少人看不懂的是：不是說(shuō)黑洞引力之大，連光都逃不掉嗎？應該是什么都看不到啊，怎么會(huì )有照片呢？
照片發(fā)布前，我國著(zhù)名物理學(xué)家、中山大學(xué)天文與空間科學(xué)研究院院長(cháng)李淼在奔赴專(zhuān)題節目直播的間隙，接受了記者專(zhuān)訪(fǎng)。
“常識并沒(méi)有問(wèn)題，光是逃不出黑洞的。”李淼說(shuō)，但黑洞對周?chē)镔|(zhì)和恒星的影響可以讓科學(xué)家觀(guān)察它們。簡(jiǎn)單說(shuō)，通過(guò)記錄下周?chē)镔|(zhì)的變化，“勾勒”出黑洞的輪廓。
“黑洞外圍會(huì )有物質(zhì)，在引力作用下繞著(zhù)黑洞轉，不斷摩擦產(chǎn)生輻射。而同樣因為引力，輻射在釋放出來(lái)的時(shí)候，會(huì )損失掉部分能量。對輻射來(lái)說(shuō)，能量越大頻率越高。能量弱了，頻率會(huì )變慢，這就是著(zhù)名的紅移現象，這個(gè)現象被各地觀(guān)察點(diǎn)捕捉，就成了黑洞的‘照片’”。
給黑洞拍照片，意義何在？“本身拍照這件事就足夠有趣了。”李淼說(shuō)，同時(shí)此次拍照的黑洞，是在銀河系形成之初就有了，“對它們的觀(guān)察有助于研究了解銀河系的形成。”李淼介紹，所有星系中心都有超大黑洞，銀河系中心的黑洞絕對不是最大的。
為什么星系中間會(huì )有黑洞？“因為銀河系剛剛形成的時(shí)候，中心物質(zhì)最多，就容易塌縮成黑洞。”
黑洞吸收了那么多物質(zhì)，這些物質(zhì)都到哪兒去了？“都到奇點(diǎn)去了，但對奇點(diǎn)我們還缺乏了解。”
科學(xué)家說(shuō)
人類(lèi)首張黑洞照片是怎樣拍的
“如果地球是平的，那使用這一技術(shù)可以從波恩看清紐約街頭報紙上的字。”德國馬克斯·普朗克射電天文研究所所長(cháng)安東·岑蘇斯對新華社記者說(shuō)，集合全球射電望遠鏡給黑洞拍照，有助于探索宇宙形成之謎。
名為“事件視界望遠鏡”的項目，主要任務(wù)是拍攝兩個(gè)黑洞。一個(gè)位于銀河系中心，名為“人馬座A*”，是距離我們最近的超大質(zhì)量黑洞；另一個(gè)就是位于銀河系鄰近星系M87中心的黑洞。
即使最近的“人馬座A*”，距地球也有2.6萬(wàn)光年，M87更是距離地球5500萬(wàn)光年。
給這么遠的對象拍照，需要舉全球之力，科學(xué)家模擬出口徑像地球一樣大的望遠鏡，這就是“事件視界望遠鏡”，項目團隊由來(lái)自全球的數百名研究人員組成，集合了分布在全球各地的多個(gè)射電望遠鏡。
拍照工作大約兩年前正式啟動(dòng)，位于歐洲、美洲、大洋洲和南極洲的8個(gè)天文臺參與，觀(guān)測數據于2017年4月完成收集，并在當年年底送到馬克斯·普朗克射電天文研究所和美國麻省理工學(xué)院分析。2018年6月至11月，各地科學(xué)家基于這些數據進(jìn)行圖像構建工作。此后直至今年4月，是相關(guān)論文的撰寫(xiě)和同行評議階段。
岑蘇斯表示，首次發(fā)布黑洞照片“只是開(kāi)始”。“我們未來(lái)會(huì )擴大陣列望遠鏡的數量規模，提高靈敏度和分辨率，繼續觀(guān)測兩個(gè)黑洞在不同階段的變化，甚至對新的黑洞進(jìn)行觀(guān)察，拍攝新的、質(zhì)量更好的照片。”
國際時(shí)評
當全世界同望星空 黑洞也“發(fā)光”
宇宙中最神秘的天體、時(shí)空中的無(wú)底深淵，即使是光都無(wú)法逃逸……長(cháng)久以來(lái)，黑洞只不過(guò)是廣義相對論的預言、愛(ài)因斯坦的方程、模擬電腦圖像、引力波等項目的間接證據，或者科幻小說(shuō)的想象。
然而，當全球科學(xué)界將分布在世界各地的8個(gè)射電望遠鏡（陣）組成“地球級別”的虛擬望遠鏡陣列，同一時(shí)刻、同一方向，對準同一片遙遠星空，就連黑洞——這些深藏于宇宙各處的引力陷阱，也會(huì )“發(fā)出耀眼光芒”。
從美國夏威夷到智利，從伊比利亞半島到南極……全球30多個(gè)研究所，200多名科學(xué)家，傾數年心血，攜手并肩，共同記錄黑洞周?chē)e盤(pán)和噴流等發(fā)出的耀眼光芒，從而讓超大質(zhì)量黑洞無(wú)處遁形，顯現“真容”。正是全球同步的努力，讓人類(lèi)拍攝到有史以來(lái)首張黑洞照片。
在這一“興師動(dòng)眾”的過(guò)程中，科研領(lǐng)域全球同步的作用愈發(fā)凸顯。正如“事件視界望遠鏡”項目科學(xué)委員會(huì )主席、荷蘭奈梅亨大學(xué)教授海諾·法爾克所說(shuō)，這樣的項目需要整個(gè)世界。
事實(shí)上，觀(guān)測黑洞項目，讓地球上幾乎所有這一領(lǐng)域的研究人員都不同程度地以不同方式參與其中。科學(xué)探索，正讓整個(gè)世界以不同尋常的方式更緊密地連接在一起，不僅讓地球，也讓人類(lèi)成為一個(gè)共同體。
無(wú)論是對黑洞概念懵懵懂懂的早期天文學(xué)家、發(fā)表廣義相對論的愛(ài)因斯坦、獲得黑洞存在證據的引力波項目團隊，還是今天共同拍攝黑洞照片的各國科研人員，讓人類(lèi)持續探索并不斷取得進(jìn)步的動(dòng)力之一，正是人類(lèi)作為一個(gè)共同體對宇宙和自身的好奇心。
無(wú)論仰望星空，還是審視自己，當地球上的人們全體凝視同一方向，如同黑洞這樣曾經(jīng)深藏不露的未知，終將一個(gè)接一個(gè)“顯露光芒”。
綜合新華社
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