人类第一张黑洞照片是如何拍摄出来的
2019年4月10日,全世界200多位科学家合作完成了一项重大的天文学成果——人类首张黑洞照片。
该黑洞图像揭示了室女座星系团中超大质量星系m87中心的黑洞,它距离地球5500万光年,质量为太阳的65亿倍。
理论上,黑洞是爱因斯坦广义相对论预言存在的一种天体。它具有的超强引力使得光也无法逃脱它的势力范围,该势力范围被称作黑洞半径或称作事件视界。那么,黑洞照片是如何进行拍摄的呢?
虽然黑洞自身不发射和反射电磁波,仪器和肉眼都无法直接观测到它,但通过视界周边的天文现象,科学家们在银河系发现和确认了20多个恒星级质量黑洞,另外还发现可能有上千万个恒星级黑洞候选体。
广义相对论预言,虽然黑洞本身不发光,但因为黑洞的存在,周围时空弯曲,气体被吸引下落。在气体下落至黑洞的过程中,引力能转化为光和热,因此气体被加热至数十亿摄氏度。黑洞就像沉浸在一片类似发光气体的明亮区域内,事件视界看起来就像阴影,阴影周围环绕着一个由喷流辐射造成的如新月状的光环。
为了得到黑洞的照片,聪明的天文学家们想到了一个好办法——强强联合。把地球上现有的一些望远镜“组合”起来,就能够形成一个口径如地球大小的“虚拟”望远镜,它所达到的灵敏度和分辨率都是前所未有的。
于是,全球超过200名科学家达成了“事件视界望远镜(eht)”这一重大国际合作计划,决定利用长基线干涉测量技术。8个望远镜北至西班牙,南至南极,它们将向选定的目标撒出一张大网,捞回海量数据,为我们勾勒出黑洞的模样。
给黑洞拍一张照片不容易,“洗照片”更是耗时漫长。射电望远镜不能直接“看到”黑洞,但它们将收集大量关于黑洞的数据信息,用数据向科学家们描述出黑洞的样子。
在观测结束之后,各个站点收集的数据被汇集到两个数据中心(分别位于美国的麻省haystack天文台和德国波恩的马普射电天文研究所)。在那里,超级计算机通过回放硬盘记录的数据,在补偿无线电波抵达不同望远镜的时间差后,将所有数据集成并进行校准分析,从而产生一张关于黑洞的高分辨率影像。