4月10日晚上北京事件21:00,事件视界望远镜(EHT)在比利时布鲁塞尔,智利圣地亚哥,中国的上海和台北,日本东京以及美国的华盛顿等全球六地同时召开的全球新闻发布会上,宣布成功获得了人类历史上第一个超大黑洞的直接视觉证据,并同时发布了这张由天文学家捕获的首张黑洞照片。这张照片显示的黑洞,位于室女座星系团中超大质量星系Messier87中心,距离地球万光年,其质量为太阳的65亿倍。
要知道,在这张照片发布之前,虽然人类(其实就是爱因斯坦)早在一百年前已经就根据广义相对论预言在宇宙中必然会存在黑洞,而且大量的天文观测数据也已经证实,在浩瀚的宇宙当中黑洞也是确实存在的。但是人类却一直从未能直接观测到黑洞。而为了能一睹真容,来自全球30多个研究所的天文学家们启动了一项野心勃勃的计划,利用分布在全球不同角落的8台亚毫米射电望远镜阵列,组成一个口径如地球大小,分辨率超过哈勃望远镜倍的虚拟望远镜网络。并且在年4月5日到14日的10时间,利用这个前所未有的超级虚拟望远镜对黑洞进行探测。
当然考虑到宇宙浩瀚无边,这次探测当然也要提前选好若干探测目标。由于要探测黑洞,主要是利用爱因斯坦广义相对论所预言的黑洞事件视界,也就是黑洞自身的剪影和其周围环绕的新月般的光环。而同样根据广义相对论的预测,黑洞事件视界的直径大小又和黑洞的质量成正比,也就是说黑洞质量越大,其事件视界的直径越大,也就越容易被探测到。因此这次探测选定的目标有两个,一个是位于人马座方向的银河系中心黑洞SgrA*,质量相当于万个太阳。而另一个则是位于室女座射电星系Messier87的中心黑洞M87*,质量相当于65亿个太阳。虽然前者距离地球更近一点(2.5万光年),但是由于其质量太小,其事件视界的直径才只有太阳的17倍,而M87虽然距离远,但是视界直径却更大,因此相对来说反而更容易被观测到。
而根据选定的目标,留给科学家们的观测窗口非常短暂。在年,就只有4月5日到4月14日的短短10天时间。并且拍摄时,不但要精确同步分布在从南极到夏威夷等全球各地的八台亚毫米射电望远镜阵列同时成像,而且对天气的要求也非常苛刻,如大气中水气含量较高就会对射电探测信号产生散射,从而影响接收的信号强度。另外探测时,还需要确定探测黑洞的最佳频率波段。而根据理论计算,最佳波段约为1毫米。正因为此,望远镜的分辨率取决于望远镜阵列之间的距离,而非单个望远镜的口径,所以天文学家才能利用分布在全球的八架望远镜,组成最终的这台口径达到地球大小的虚拟望远镜。
北京时间年4月4日,事件视界望远镜启动拍摄,将视线投向了早已设定好的宇宙深处。最后的观测结束于美国东部时间4月11日。而在观测期间,每一个射电望远镜都收集并记录了来自于目标黑洞附近的射电信号,这些庞大的数据信息,最终将被用于集成获得黑洞事件视界的图像。而为了确保信号的稳定性,事件视面望远镜还利用原子钟来确保望远镜收集并记录信号在时间上的同步。
但是要想通过射电望远镜获取的信息中,还原出人眼可以直观识别的图像,可并非易事。因为射电望远镜其实就是个高灵敏度、宽频带(而且可以精确控制)、高指向精度(即高的空间角度分辨力)的无线电接收机。射电望远镜可以接收到来自遥远天体的射电波(无线电波,包括微波),并利用它的后端分析仪器测量出目标天体上每一点发射的无线电波的强度、频谱和偏振等数据。只要把目标天体上每个点的电波强度和频谱记录记录好,再对已经按原始点位排列好的图像,根据每点电波频率和强度的不同进行染色,如红色代表较低的频率、蓝色代表较高的频率,同时用颜色的深度(亮度)来代表该点电波的强度,就可以得到目标天体的最终图像。
但是由于此次是8台射电望远镜同时成像,不但获取的数据量超级巨大,而且还需要在回放数据时,补偿射电信号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。因此即使是使用了超级计算机来进行计算,也整整耗费了两年时间,才最终“冲洗”出这张人类历史上的首张黑洞照片。而通过这张照片不但再一次完美验证了广义相对论的正确性,更会促进人类对于宇宙更为深刻的了解和认识。对此你怎么看,欢迎留言讨论。
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