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    “甜甜圈”版黑洞照片,是爱因斯坦埋下的“彩蛋”
    2019-04-12 07:39:58 来源: 新京报
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      “有图有真相”,黑洞照片的发布,为科学家进一步研?#31185;洹?#21534;噬机制”提供了直接素材。

      北京时间10日晚9时许,包括中国在内,全球多地同步公布了黑洞“真容”。该黑洞位于室女座一个巨椭圆星系M87的中心,距离地球5500万光年,质量约为太阳的65亿倍。它的核心区域存在一个阴影,周围环绕一个新月状光环。网友惊叹——?#32622;?#26159;个“甜甜圈”。

      照片?#31995;?#40657;洞,略显“萌态”。但实?#22124;希?#23427;是只不折不扣的?#36136;蓿?#22312;宇宙中游走并吞噬着一?#23567;?#36825;次公布的黑洞照片不仅提供了黑洞存在的直接“视觉”证据,也再一次证明爱因斯坦广义相对论在极端条件下仍然成立,同时还为天文学家进一步研究黑洞吸积物质的具体机制提供了可能。

      给黑洞拍张“写真”有多难

      “黑洞”简单来说,就是引力大到连光都不能逃出的天体。火箭能?#29615;?#20986;地球,可你跳起来总会落到地面上,因为你的速度不如火箭快,总会被地球引力给拉回来。而黑洞这样的天体,引力大到能把速度最快的光都拉回到自身。黑洞的边界,叫事件?#21647;紓╡vent horizon),这个边界以内的一切,我们都无法看见——全部都被黑洞“吃掉”了。

      你可能以为黑洞就是黑的。可天文学家们发现,黑洞究竟黑不黑要看环境。如果没有什么东西可以“吃”,那些“安静黑洞?#27604;肥?#26159;黑的。如果周围有物质掉进黑洞的话,当物质进入黑洞引力场,天文学上称为吸积过程,物质会被加热到几千上万摄氏度的高温,发出明亮的X射线辐射。从这个意义上来说,这些“活跃黑洞”堪称宇宙中最明亮的天体之一。

      要想直接看到黑洞,就得找不太安静,又不太活跃的黑洞。即便是符合要求的黑洞,也大多因为距离我们太遥远或者被漂浮的宇宙尘埃遮挡,而无法被直接观测到。

      更重要的是,黑洞本身就不可见,黑洞形成的“事件?#21647;紜?#30456;对于宇宙来说又太小。比如太阳直径是140万千米,相当于把它压缩到6千米以内,才能成为一个黑洞。要想看到黑洞,就得找足够大的黑洞。

      黑洞虽然总处于“隐身”状态,但在它周围存在的物质会释放出电磁波,这些信息逃?#36824;?#23556;电望远镜的?#25226;?#30555;”。在过去10多年时间里,麻省理工学院(MIT)的科学家们联合了其他研究机构的科研人员,开展了“事件?#21647;?#26395;远镜”项目,旨在直接看到黑洞本身的那个黑色表面和附近物质发出的光。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?#29486;鰲?/p>

      他们利用分布在世界各地的8台射电望远镜,组成一台巨大的虚拟望远镜,口径相当于地球直径。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。而此次发布的照片就是后一个黑洞。从2017年4月启动拍照?#20004;瘢?#20165;“冲洗”照片就耗费了约两年时间。

      爱因斯坦早已埋下彩蛋

      这一次发布的黑洞照片,再一次证明了一百多年?#22467;?#29233;因斯坦提出的广义相对论。

      爱因斯坦把时间和空间视为四维时空,把引力可视为时空结构的扭曲,从而彻底颠覆了牛顿物理学对时间和空间的认识。广义相对论发表之后求出的第一个解,其中就包含了黑洞:当一个天体的质量被压缩到足够小的范围,这些质量就能进入事件?#21647;紓?#36830;光也逃不出来,它外面就是黑的。

      时隔一百年后,黑洞的照片提供了其存在的直接“视觉”证据,证明在引力场极强条件下广义相对论仍然是对的。观测结果是与理论预言一致,这是对科学理论正确性论证必不可少的一环。

      这?#38395;?#25668;到的黑洞的“暗影”区域(也就是亮环以内,中心以外的部分),到黑洞中心的距离,已经达到了黑洞半径也就是所谓“事件?#21647;紜?#21322;径的2.5倍。通过这张照片,能够更加仔细地研究黑洞究竟是怎样“吞噬”物质,在它的旁边又是怎样形成了吸积盘和喷流现象。

      总之,一张写真照,让黑洞从“传说?#21271;?#25104;了目之所及的?#36136;怠?#25105;们这一代人也足够?#20197;耍?#33021;够在“家门口”第一时间见证现代科学?#25226;?#30340;重大进展。而在中国科学院上海天文台协调下,国内诸多科学家?#24425;?#22320;参与了此次国际?#29486;鰨?#25104;为不可或缺的“中国元素”。

      □孙正凡(天体物理博士)

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