北京時(shí)間2019年4月10日21時(shí)，我國(guó)的上海、臺(tái)北以及世界其他5個(gè)城市的天文學(xué)家同時(shí)召開(kāi)了發(fā)布會(huì)，邀請(qǐng)全世界人共同見(jiàn)證人類(lèi)歷史上的一次盛事——世界上第一張黑洞照片問(wèn)世。
你可能會(huì)納悶：黑洞不是黑的嗎？怎么還能拍照片呢？今天，咱們就來(lái)聊聊這個(gè)問(wèn)題。
黑洞
1915年的時(shí)候，偉大的物理學(xué)家愛(ài)因斯坦提出了著名的廣義相對(duì)論，震驚了世界，也改變了我們對(duì)宇宙和引力的認(rèn)知。
1916年，德國(guó)天體物理學(xué)家卡爾·史瓦西就根據(jù)場(chǎng)方程計(jì)算出一個(gè)真空解。這個(gè)真空解暗示我們，宇宙中可能存在一種非常神秘的天體，它沒(méi)有體積，而是會(huì)把所有的物質(zhì)擠壓在一個(gè)點(diǎn)內(nèi)。因此，這個(gè)點(diǎn)具有無(wú)限大的密度以及無(wú)限大的時(shí)空曲率。因?yàn)檫@個(gè)點(diǎn)十分詭異奇怪，因此被稱(chēng)為奇點(diǎn)。
由于密度如此之大，它的引力也大得驚人，以至于附近的區(qū)域連宇宙中最快的光也無(wú)法逃脫，最終被它吞噬。這就導(dǎo)致我們無(wú)法直接觀(guān)測(cè)到它，后來(lái)物理學(xué)家惠勒給這種天體起了一個(gè)非常形象的名字——黑洞。
當(dāng)然，黑洞也不是能夠吸引全宇宙的光。我們知道，引力和二者之間的距離的平方成正比，對(duì)于黑洞來(lái)說(shuō)，只能夠吞噬周?chē)欢ǚ秶鷥?nèi)的光，而這個(gè)范圍也與黑洞質(zhì)量相關(guān)。史瓦西同樣計(jì)算了這個(gè)數(shù)據(jù)，這就是黑洞的史瓦西半徑。恰好能夠讓光處于被吞噬和不被吞噬的臨界點(diǎn)，叫做黑洞的事件地平線(xiàn)，內(nèi)部就是它的事件視界。觀(guān)測(cè)黑洞
那么問(wèn)題來(lái)了，既然黑洞連光都能吞噬，天文學(xué)家要如何給黑洞拍攝照片？實(shí)際上，就目前已知的理論而言，天文學(xué)家不可能拍攝到事件視界以?xún)?nèi)的任何圖像。好在，即使不拍攝這里的區(qū)域，仍然對(duì)我們有重要意義。當(dāng)物質(zhì)被黑洞吞噬時(shí)，它們會(huì)旋轉(zhuǎn)著加速向黑洞下落，就像是你打開(kāi)水槽的塞子后水會(huì)旋轉(zhuǎn)著涌入下水道一樣，這就是黑洞的吸積盤(pán)。在這個(gè)過(guò)程中，物質(zhì)的能量會(huì)大幅增加，從而發(fā)出輻射，變得極其明亮，而這個(gè)明亮的吸積盤(pán)，正是天文學(xué)家們了解黑洞的重要手段。即便如此，想要觀(guān)測(cè)一個(gè)黑洞，難度仍然是非常大的，對(duì)于人類(lèi)目前的每一個(gè)觀(guān)測(cè)設(shè)備來(lái)說(shuō)都是不可能完成的任務(wù)，它們的口徑都太小了。于是，甚長(zhǎng)基線(xiàn)干涉技術(shù)迎來(lái)了它發(fā)揮的舞臺(tái)。通過(guò)分布于世界不同角落的八臺(tái)望遠(yuǎn)鏡，天文學(xué)家們將它們等效成了一個(gè)直徑和地球一樣大的虛擬望遠(yuǎn)鏡，這就是事件視界望遠(yuǎn)鏡。憑借著這臺(tái)強(qiáng)大的虛擬望遠(yuǎn)鏡，我們終于可以在可見(jiàn)光以外的波段拍攝黑洞的吸積盤(pán)，了解這種神秘的天體。歷史上第一張被人類(lèi)拍照的黑洞，是一個(gè)距離我們5500萬(wàn)光年的超大質(zhì)量黑洞，它位于M87星系的中心，因此被稱(chēng)為M87*。天文學(xué)家指出：這個(gè)黑洞的質(zhì)量是太陽(yáng)的65億倍，體積是太陽(yáng)的680萬(wàn)倍，絕對(duì)是宇宙中的怪獸。就在2021年3月24日，天文學(xué)家們又公布了事件視界望遠(yuǎn)鏡的最新成果，那就是偏振光下的黑洞照片。乍看之下，這張圖片和上一次好像有點(diǎn)類(lèi)似，而且都是來(lái)自于M87*。那么，這兩次照片到底有什么區(qū)別呢？其中蘊(yùn)含著怎樣的秘密呢？偏振光下的黑洞照片
（圖片說(shuō)明：3月24日發(fā)布的黑洞照片）我們知道，X射線(xiàn)和電磁波都屬于橫波。所謂的橫波，指的是在向前傳播的同時(shí)，還會(huì)向左右、上下、斜上下等各個(gè)方向振動(dòng)。但是，如果進(jìn)行某種方向上的遮擋或者是其他干擾因素，那么某些特定方向上的電磁波就會(huì)被攔住，導(dǎo)致傳到觀(guān)測(cè)者眼里的只有特定方向上的電磁波，這就是偏振。偏振的應(yīng)用相信大家都有體驗(yàn)，那就是電影院里的3D電影，就是用兩種偏振光拍攝，然后利用3D眼鏡上兩個(gè)只能接受特定方向偏振光的鏡片，就能看到3D效果了。按說(shuō)黑洞的吸積盤(pán)所釋放出來(lái)的光，原本應(yīng)該是各個(gè)方向上都有的?？蛇@一次拍攝的照片顯示，它居然是偏振的。這意味著，一定有什么機(jī)制把其他方向上的X射線(xiàn)給屏蔽了。天文學(xué)家的研究結(jié)果表明，導(dǎo)致這個(gè)現(xiàn)象的原因，就是黑洞的磁場(chǎng)。正如科羅拉多大學(xué)博爾德分校的天文學(xué)家Jason Dexter指出的那樣：“觀(guān)測(cè)結(jié)果告訴我們，黑洞的邊緣擁有著恐怖的磁場(chǎng)，當(dāng)高溫氣體被引力拉扯的時(shí)候，它能夠通過(guò)推力將這些氣體反推出去，只有通過(guò)了黑洞磁場(chǎng)的氣體才能打著轉(zhuǎn)進(jìn)入到事件地平線(xiàn)?！?/section>（圖片說(shuō)明：黑洞的相對(duì)論性噴流）通過(guò)這次照片，天文學(xué)家們確認(rèn)了黑洞磁場(chǎng)的一些特性，而這對(duì)于我們理解黑洞的相對(duì)論性噴流具有重要意義。據(jù)觀(guān)測(cè)，黑洞在吞噬物質(zhì)的同時(shí)，還會(huì)從兩極釋放出強(qiáng)大的等離子體束，其速度甚至接近光速，因此稱(chēng)為相對(duì)論性噴流。比如M87*的噴流，就高達(dá)光速的99%。長(zhǎng)期以來(lái)，天文學(xué)家們一直認(rèn)為這些噴流來(lái)自于黑洞的恐怖磁場(chǎng)，但苦于沒(méi)有實(shí)際的觀(guān)測(cè)證據(jù)。而這一次的黑洞照片，證實(shí)了天文學(xué)家們的猜想，對(duì)我們理解黑洞有著重要的意義。未來(lái)，事件視界望遠(yuǎn)鏡還將繼續(xù)工作，實(shí)際上該項(xiàng)目組每年都會(huì)進(jìn)行聯(lián)合工作，致力于拍攝更多黑洞的照片。我們也期待天文學(xué)家拍攝到我們銀河系內(nèi)的超大質(zhì)量黑洞——人馬座A*。畢竟對(duì)于我們自己的星系來(lái)說(shuō)，有更多秘密值得我們?nèi)ヌ剿鳌?/section>（友情提示：這張由錢(qián)德拉和南非MeerKAT望遠(yuǎn)鏡拍攝的銀河系中心照片適合橫屏放大看！）在觀(guān)測(cè)黑洞方面，可見(jiàn)光以外的電磁波波段是一種非常有效的工具。比如事件視界望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目中，利用的就是亞毫米波波段。除此之外，X射線(xiàn)波段也是研究黑洞以及其他天體的重要工具。1999年的時(shí)候，NASA還發(fā)射了著名的錢(qián)德拉X射線(xiàn)天文臺(tái)，通過(guò)太空中的X射線(xiàn)望遠(yuǎn)鏡了解宇宙天體的大量秘密。
（圖片說(shuō)明：2009時(shí)NASA發(fā)布的一張銀河系中心圖像）錢(qián)德拉升空10周年的時(shí)候，NASA就用如此壯觀(guān)的圖像為它慶生。而在2019年錢(qián)德拉升空20周年之際，NASA更是推出了力作——由美國(guó)史密森學(xué)會(huì)出版的《NASA深空探索》，展示了錢(qián)德拉的偉大成就。本書(shū)一共收錄了超過(guò)140幅美國(guó)宇航局最為經(jīng)典的星空?qǐng)D片，還有創(chuàng)生之柱等更加蔚為壯觀(guān)的宇宙圖片，并詳細(xì)地介紹了每一張圖的拍攝方式和構(gòu)圖原理。很多人看到宇宙的圖片時(shí)只能簡(jiǎn)單地說(shuō)“美”，但有了這本書(shū)后，你看天文美圖將能夠看到其中的天文學(xué)原理，不再迷茫！（圖片說(shuō)明：壯麗的創(chuàng)生之柱）（圖片說(shuō)明：創(chuàng)生之柱3D圖像）本書(shū)由南京紫金山天文臺(tái)的蔣云副研究員以及陳維助理研究員合力翻譯，用生動(dòng)樸實(shí)的語(yǔ)言帶你理解原本深?yuàn)W的太空知識(shí)。現(xiàn)在購(gòu)買(mǎi)還有大力折扣，趕快入手，我們一起征服星辰大海！
本站僅提供存儲(chǔ)服務(wù)，所有內(nèi)容均由用戶(hù)發(fā)布，如發(fā)現(xiàn)有害或侵權(quán)內(nèi)容，請(qǐng)
點(diǎn)擊舉報(bào)。
