黑洞照片怎么拍的 科學(xué)家強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合沖洗花2年
準(zhǔn)備“相機(jī)”
廣義相對論預(yù)言，雖然黑洞本身不發(fā)光，但因?yàn)楹诙吹拇嬖冢車鷷r(shí)空彎曲，氣體被吸引下落。氣體下落至黑洞的過程中，引力能轉(zhuǎn)化為光和熱，因此氣體被加熱至數(shù)十億度。黑洞就像沉浸在一片類似發(fā)光氣體的明亮區(qū)域內(nèi)，事件視界看起來就像陰影，陰影周圍環(huán)繞著一個(gè)由吸積或噴流輻射造成的如新月狀的光環(huán)。
愛因斯坦的廣義相對論已預(yù)測過這個(gè)“陰影”的存在，以及它的大小和形狀。
科學(xué)家們期望這次能直接捕獲到這個(gè)黑洞“陰影”的圖像。
中國科學(xué)院上海天文臺研究員路如森說：“對黑洞陰影的成像將能提供黑洞存在的直接‘視覺’。”
路如森說：“這就必須要保證望遠(yuǎn)鏡足夠靈敏，能分辨的細(xì)節(jié)足夠小，從而能保證看得到和看得清。”
但滿足上述所有條件，望遠(yuǎn)鏡的口徑需要像地球大小。
然而，目前地球上已有的單個(gè)望遠(yuǎn)鏡最大口徑也只有500米。
那該怎么辦?
聰明的天文學(xué)家們想到了一個(gè)好辦法——搞強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合。
把地球上現(xiàn)有的一些望遠(yuǎn)鏡“組合”起來，就能夠形成一個(gè)口徑如地球大小的“虛擬”望遠(yuǎn)鏡,其所達(dá)到的靈敏度和分辨本領(lǐng)都是前所未有的。
于是，全球超過200名科學(xué)家達(dá)成了“事件視界望遠(yuǎn)鏡”(EHT)這一重大國際合作計(jì)劃，決定利用甚長基線干涉測量技術(shù)。
沈志強(qiáng)說：“就是利用多個(gè)位于不同地方的望遠(yuǎn)鏡在同一時(shí)間進(jìn)行聯(lián)合觀測，最后將數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析之后合并，這一技術(shù)在射電波段已相當(dāng)成熟。”
最終，科學(xué)家們選定了來自全球多地的包括南極望遠(yuǎn)鏡等8個(gè)亞毫米射電望遠(yuǎn)鏡。
路如森說：“它們多數(shù)都是單一望遠(yuǎn)鏡，比如夏威夷的JCMT和南極望遠(yuǎn)鏡。也有望遠(yuǎn)鏡陣列，比如ALMA望遠(yuǎn)鏡是由70多個(gè)小望遠(yuǎn)鏡構(gòu)成。”
選定目標(biāo)
在組建大型虛擬望遠(yuǎn)鏡的同時(shí)，科學(xué)家們也在尋找著合適的拍攝目標(biāo)。
黑洞剪影和周圍環(huán)繞的新月般光環(huán)是非常非常小的。在拍照設(shè)備能力有限的情況下，要想拍攝到黑洞照片，必須找到一個(gè)看起來角直徑足夠大的黑洞作為目標(biāo)。
科學(xué)家們甄選了一圈之后，決定將近鄰的兩個(gè)黑洞作為主要目標(biāo)：一個(gè)是位于人馬座方向的銀河系中心黑洞Sgr A*，另一個(gè)則是位于射電星系M87的中心黑洞M87*。
沈志強(qiáng)說：“由于黑洞事件視界的大小與其質(zhì)量成正比，這也意味著質(zhì)量越大，其事件視界越大。我們選定的這兩個(gè)黑洞質(zhì)量都超級大，它們的事件視界在地球上看起來也是最大的，可以說是目前最優(yōu)的成像候選體。”
盡管如此被選擇的兩個(gè)黑洞已是最優(yōu)成像候選體，但要清晰為它拍照，難度還是極其大。
Sgr A*黑洞的質(zhì)量大約相當(dāng)于400萬個(gè)太陽，所對應(yīng)的視界面尺寸約為2400萬公里，相當(dāng)于17個(gè)太陽的大小。然而，地球與Sgr A*相距2萬5千光年(約24億億公里)之遙。
沈志強(qiáng)說：“這就意味著，它巨大的視界面在我們看來，大概只有針尖那么小，就像我們站在地球上去觀看一枚放在月球表面的橙子。”
M87中心黑洞的質(zhì)量更為巨大，達(dá)到了60億個(gè)太陽質(zhì)量。
盡管M87中心黑洞與地球的距離要比Sgr A*與地球之間的距離更遠(yuǎn)，但因質(zhì)量龐大，所以它的事件視界對科學(xué)家們而言，可能跟Sgr A*大小差不多，甚至還要稍微大那么一點(diǎn)兒。
