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人类首张黑洞照片,为爱因斯坦点赞!

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北京时间4月10日21时,事件视界望远镜(EHT)合作组织协调全球六地(比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海和台北、日本东京、美国华盛顿)召开联合新闻发布会,宣布天文学家已成功获得超大黑洞的第一个直接视觉证据。《天体物理学杂志通信》(APJL)以特刊形式通过6篇论文发表了这一重大结果。该黑洞图像揭示了室女座星系团中超大质量星系Messier 87(M87)中心黑洞的“面貌”。该黑洞距离地球5500万光年,质量为太阳的65亿倍。

EHT是一个通过国际合作实现的、由8个分布在各种具有挑战性高海拔地区的地面射电望远镜组成的观测阵列和全球网络,旨在通过形成一个口径如地球大小的“虚拟”望远镜来捕捉黑洞图像,所达到的灵敏度和分辨本领都是前所未有的。EHT使用新颖的系统连接现有的望远镜,成为一种具有最高角分辨本领的新观测设备,为科学家们提供了研究宇宙中最极端天体的新手段。EHT观测使用甚长基线干涉测量(VLBI)技术,观测波段是1.3毫米,达到的分辨率约20微角秒,足以在巴黎的一家路边咖啡馆阅读纽约的报纸。

EHT项目有来自非洲、亚洲、欧洲、北美洲、南美洲的200余名研究人员参与,是全球团队合作的典范。EHT项目获得美国国家科学基金会(NSF)、欧盟欧洲研究理事会(ERC)和包括中国科学院天文大科学中心(CAMS)在内的东亚资助机构支持。CAMS由中科院国家天文台、紫金山天文台和上海天文台共同建立,是EHT的一个合作机构的成员。上海天文台牵头组织协调国内学者通过该合作机构参与此次EHT项目合作。

参与此次观测的望远镜包括ALMA、APEX、IRAM 30米望远镜、James Clerk Maxwell望远镜(JCMT)、大毫米波望远镜(LMT)、亚毫米波阵(SMA)、亚毫米波望远镜(SMT)和南极望远镜(SPT),其中JCMT目前由东亚天文台负责运营。德国马普射电天文研究所和美国麻省理工学院海斯塔克天文台的专用超级计算机负责原始观测数据的互相关工作。随着IRAM NOEMA天文台、格陵兰望远镜和基特峰望远镜的加入,未来EHT的灵敏度还将显著提高。

来自天体物理中心/哈佛大学及史密松宁学会的EHT项目主任Sheperd S. Doeleman说:“我们捕获到了黑洞的首张照片,这是一项由200多位科研人员组成的团队完成的非凡的科研成果。”“我们已经取得了上一代人认为不可能做到的事情,技术的突破、世界上最好的射电天文台之间的合作、创新的算法都汇聚到一起,打开了一个关于黑洞和事件视界的全新窗口。”

黑洞是一种被极度压缩的宇宙天体,在一个很小的区域内包含着令人难以置信的质量。这种天体的存在以极端的方式影响着周围环境,让时空弯曲,并将周围的气体吸进来。在此过程中,气体的引力能转化成热能,因此气体的温度变得很高,会发出强烈的辐射。超大质量黑洞是相当小的天体,以至于几乎很难被直接看到。由于黑洞的尺寸正比于它的质量,黑洞质量越大,黑洞阴影越大。M87中心的黑洞质量巨大,又相对接近我们,是从地球上看过去角直径最大的黑洞之一,也因此成为EHT的一个完美目标。

EHT科学委员会主席、来自荷兰拉德堡德大学的Heino Falcke解释说:“如此一来,黑洞就像沉浸在一片类似发光气体的明亮区域内,我们预期黑洞会形成一个类似阴影的黑暗区域。这正是爱因斯坦广义相对论所预言的,可我们以前从未见过。”“这个暗影的形成,源于光线的引力弯曲和黑洞视界对光子的捕获。暗影揭示了黑洞这类迷人天体的很多本质,也使得我们能够测量M87中心黑洞的巨大质量。”

多次独立的EHT观测通过多个校准以及不同的成像方法均揭示了一个环状结构及其中心的暗弱区域,即黑洞阴影。EHT董事会成员、EHT项目合作伙伴东亚天文台台长Paul Ho评论道:“一旦我们成功对黑洞阴影成像,就可以将观测结果与理论预言相比较,检验考虑了时空弯曲、超高温及超强磁场等物理性质在内的大量模型。令人惊讶的是,我们所观测到图像的许多特征与理论预言相一致,这使得我们对观测的理论解释,包括对黑洞质量的测量都充满信心。”

中科院上海天文台台长沈志强说:“对M87中心黑洞的顺利成像绝不是EHT国际合作的终点站,我们期望也相信在不久的将来EHT会有更多令人兴奋的结果。”

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