黑洞那么多,为什么M87最先亮相?5位科学家热评首张黑洞照片

作者: Yuki

来源: 我是科学家iScientist

发布日期: 2019-04-14

本文讨论了人类历史上首张黑洞照片的发布及其科学意义,采访了多位科学家对照片的看法,并探讨了未来拍摄更多、更高清黑洞照片的可能性。

北京时间2019年4月10日晚上21点,人类历史上的首张黑洞“靓照”在全球刷屏。华丽亮相的M87星系黑洞是由全球众多研究团队共同合作,耗时两年,从世界各地望远镜获得的海量数据中“冲洗”出来的。这项意义非凡的研究成果一经公布,就立即在世界范围引起了轰动。

那么,这张黑洞照片和理论中的有何差别?为什么M87星系中的黑洞会最先被拍照?这张照片又有哪些重要意义……围绕这些问题,我们采访了领域内的几位科学家,请他们聊了聊自己的看法。

刚刚公布的黑洞照片和您想象的有何区别?是否和理论预期的一样?王爽表示有点出乎意料,原以为人马座A*和M87*的照片会同时放出,而第1张是人马座A*。照片本身倒是和理论预言符合得很好。孙正凡则认为公布的黑洞照片跟之前的预期还是有差别的,它只放出了M87的照片,另一个黑洞的照片还在处理中。此外,我们现在看到的黑洞照片比之前基普·索恩在《星际穿越》中描绘得更加详细。

为什么首先选择人马座A*和M87星系黑洞作为拍照对象?苟利军解释说,人马座A*是在我们看来是最大的一个黑洞,另外一个相对比较大的就是M87星系的当中的黑洞。这就相当于我们把已有黑洞的大型黑洞看了一遍,发现这两个黑洞是其中最大的,于是就对它们进行了拍照。孙正凡补充道,目前只能选择超大质量黑洞作为拍照对象。虽然银河系里有不少恒星级的黑洞,但是它们太小了,现阶段并不适合作为观测目标。

幸运的是,在几乎所有星系的中心都有超大质量黑洞,它们适合作为拍照对象。

如何为黑洞“拍照”?最大的困难是什么?张帆指出,黑洞本身不发光,我们只能看到其它东西掉到黑洞事件视界里面之前发出来的信号,所以黑洞在照片里面呈现的形态是个影子,我们必须把黑洞的临近环境看得非常清晰这个影子才能凸显出来。但是黑洞其实大小非常有限,一个和太阳质量相当的黑洞的半径只有三公里。

而且我们附近也没有已知黑洞,所以没办法,只能看较远地方的一个很小的东西。这就需要极高的角分辨率,把一点点角度尺度上的变化都看清楚。这就是为什么需要全世界多个射电望远镜组成一个干涉阵列。

“看见”黑洞具有怎样的科学意义?王爽认为,首先,提供了黑洞存在的直接证据。其次,提供了一个很好的实验室,来检验广义相对论和各种修改引力理论。再次,让人们能更好的理解超大质量黑洞的吸积和喷流。

张帆补充说,“看见”黑洞可以直接证明黑洞的存在,并检验它是否符合广义相对论的预期。相对论在弱引力条件下被非常精确的验证了,而之前引力波在强场环境中又检验了一下,所以我并不期待有这方面的惊奇。但能够以这种精度观测黑洞周边是非常有意思的,因为超大质量黑洞附近应该是很活跃的天文环境,可以用来学习研究很多复杂的天体物理过程。

未来我们是否有望拍到更多、更高清的黑洞“靓照”?

易疏序认为,未来这两个黑洞的照片越来越清晰是肯定的。更多的望远镜加入干涉阵列,以及更先进的技术都会让分辨率和灵敏度进一步提高。至于不远的未来,能否能有更多黑洞的靓照(M87和人马座A*以外),这个需要望远镜分辨率的大幅提升。可能需要用到今天还没有发明出来的技术。

张帆则提出,要拍摄更清晰的“靓照”需要相互距离更远的望远镜,EHT里面现在已经基本上达到地球直径了,要达到更远距离可以用上海天文台叶叔华院士提议的太空射电望远镜,或者干脆在月球背面造一个。当然,数据传输、分析等等方面能力的增强和在更高一点的频率上进行观测也会有很大帮助。

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