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5500万光年外的巨型黑洞,将要被拍摄视频,天文学家真厉害

covsun 2022-09-22 01:24:18 行业动态 171 0

北京时间2019年4月10日21点,世界上7个国家和地区的天文学家同时召开新闻发布会,介绍了人类历史上的一次壮举--史上第一张黑洞照片。远在5500万光年外的超大质量黑洞M 87*,被人类的望远镜拍摄下了“真容”。

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最近,负责这个项目的科学家们正在筹备着另一个壮举。他们已经不满足于静态的照片了,而是正在尝试拍摄人类历史上的第一段黑洞视频!一旦实现,这将是人类天文学的另一次巨大突破!

很多人会纳闷:黑洞不是看不见吗?怎么能拍摄出照片甚至录下视频呢?

的确,黑洞拥有着宇宙中最强大的引力,连光都无法逃脱其魔爪,而人类看东西不就是靠接收这个东西传过来的光吗?如果没有光从黑洞那里传过来,怎么可能看到黑洞呢?

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这话不假,黑洞确实能够吞噬周围的光,但其吞噬的能力也是有范围限制的。距离越远,黑洞的引力就会越小;同样的,黑洞质量越小,其引力范围也就越小。对每一个黑洞来说,都有一个“边界”,当光位于这个范围以外,就不会被黑洞吞噬;只有闯入这个范围内的光,才会被吞噬。这个范围,被称为黑洞的事件视界。

而且,当物质被黑洞吞噬时,它会首先在黑洞的潮汐力下被撕碎,然后绕着黑洞旋转,一点点靠近并被吞噬。在这个过程中,物质之间的摩擦会产生巨大的能量,从而发出极其耀眼的光芒,由于这些物质还没有进入黑洞的事件视界,所以它们产生的光芒是可以被我观测到的。它们会在黑洞周围形成巨大的盘状结构,我们称之为吸积盘。

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除了吸积盘之外,黑洞的两极还会释放出高能等离子流。这些等离子体的速度十分接近光速,冲射到宇宙空间中,非常壮观,也非常明亮。我们也可以观测到这些等离子流,天文学家称之为相对论性喷流。

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理论如此,但想要拍摄黑洞照片,仍然是比较困难的。小一点的恒星级黑洞,虽然距离我们比较近,但是吞噬的物质不够多,吸积盘不够明亮,再加上本身也比较小,所以不适合观测。

宇宙中最大的黑洞,叫做超大质量黑洞,通常质量在太阳100万倍以上,位于各个星系的核心处。我们银河系中心,也就是距离我们大约26000光年的位置上,就有一个超大质量黑洞,名字叫做人马座A*,其质量是太阳的400万倍。然而,银河系中心恒星众多,还有大量的星际气体及尘埃,对于我们观测这个黑洞来说都是巨大的阻碍。

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所以,天文学家只能在更遥远的宇宙中去寻找。

这时候,他们再次面临着相同的尴尬局面。超级巨大的超大质量黑洞不是没有,有的甚至质量是太阳的几十上百亿倍,但它们实在太过遥远,难以观测。我们要找到距离我们足够近,本身又足够大的黑洞,才能够进行观测。在这个时候,天文学家需要考虑到的一个参数,就是黑洞的视直径,我们需要找到视直径足够大的黑洞进行观测。

M87*,就是这样一个完美的黑洞。

说起体型,它真的非常巨大,质量达到了太阳的65亿倍!其视界半径可以达到差不多190亿公里,也就是说,如果把它放在太阳的位置上,连冥王星都会被它吞噬!

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至于它的距离,说起来数据也挺惊人的,距离我们大约5500万光年。也就是说,我们今天看到的M 87*,其实是它在5500万年前的模样。但是,在宇宙中,这个距离已经不算远了。要知道,宇宙中最巨大的黑洞--Ton 618虽然质量是太阳的660亿倍,却远在108亿光年以外,所以视直径远远比不上M 87*。

另外,M 87*还有一个优势,那就是角度完美。它是斜对着地球的,这意味着我们既可以清晰地看到它的吸积盘,又可以观测它的相对论性喷流。如果一个黑洞是两极对着我们的,那我们就无法看到其相对论性喷流了;如果相对论性喷流垂直于黄道面,我们又不便于观测吸积盘。只有这样倾斜的角度,才是最便于观察的。

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即便有这些优势,视直径也相对比较大,但在地球上观测它,还是很困难的。地面上或者太空中的任何一台望远镜,都不足以直接观测这个黑洞。

幸运的是,天文学家们研究出了一种巧妙的技术,叫做甚长基线干涉技术。通过这个技术,我们可以将世界各地的大型射电望远镜联合起来,等效成一个更加巨大的望远镜,这个虚拟出来的望远镜,被命名为事件视界望远镜。

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事件视界望远镜项目一开始一共有8台主要的望远镜,随着不断的更新迭代,如今已经有11个观测站点了。这些站点分布范围非常广,从北极圈的格陵兰岛到南极再到南美洲、欧洲,可谓是遍及世界各地。这样一来,天文学家们虚拟出来的事件视界望远镜,口径就和地球直径相当了,也就是相当于一台口径超过12000公里的巨型望远镜!

就是凭借着这样巨大的望远镜,天文学家成功地拍摄了史上第一张黑洞照片。由于这里面有着海量的数据需要处理,所以在获得原始数据后,还需要一两年的时间进行处理,才形成了我们看到的黑洞照片。

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这一次,天文学家们想要拍摄黑洞视频,工程量就更加浩大了。不过,和静态的图片相比,动态的视频可以更加清晰、直接地反映出黑洞所经历的变化,帮助天文学家理解深奥的天体物理学原理,破解关于黑洞的种种谜题。

我们也期待着黑洞的视频能够早日问世,一饱眼福。

#黑洞#

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