中科大天文學系教授揭秘全球首張黑洞照片背后的故事

房龍事 2019-04-11

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北京時間4月10日21時07分，人類首張黑洞照片在全球六地同步發(fā)布。當日，中國科學院上海天文臺天文大廈三樓同步發(fā)布了人類首張黑洞照片。發(fā)布會剛結束，該項目中國合作組成員、中國科學技術大學天文學系教授袁業(yè)飛接受了合肥在線記者的專訪。

全球首張黑洞照片

“照片最終呈現(xiàn)的效果超出了我的預期?！痹瑯I(yè)飛告訴記者：“我非常興奮?！逼浯?，他指出，可以看到黑洞周圍物體的運動速度接近光速。“從另一個角度再次佐證了廣義相對論?！?/p>

“在整個項目中，中國同事承擔了觀測工作，也承擔了重要的數(shù)據(jù)分析工作?！痹瑯I(yè)飛說，自己則主要在數(shù)據(jù)的基礎上提供理論分析和理論解析。外鏈包收錄

中國科學技術大學天文學系教授袁業(yè)飛

說起下一步的研究工作。袁業(yè)飛說：“我們的主要工作仍是觀測，同時希望可以把望遠鏡觀測短波的能力進一步提升?！?/p>

記者了解到，此次發(fā)布的黑洞圖像揭示了室女座星系團中超大質(zhì)量星系M87中心的黑洞，其距離地球5500萬光年，質(zhì)量為太陽的65億倍。該圖像的許多特征與愛因斯坦廣義相對論的預言完全相一致，在強引力極端環(huán)境下進一步驗證了廣義相對論。通過研究這個圖像，人類將揭示出黑洞這類天體更多本質(zhì)。

事件視界望遠鏡項目合作由13個合作機構組成，中國科學院天文大科學中心(CAMS) 是其中之一。CAMS由中國科學院國家天文臺、紫金山天文臺和上海天文臺共同建立，其中上海天文臺牽頭組織協(xié)調(diào)國內(nèi)學者參與了此次合作。

袁業(yè)飛，1972年8月19日出生于安徽省當涂縣。現(xiàn)為中國科學技術大學天文學系教授。曾任天文學系系主任，天體物理中心副主任。1999年獲中國科學技術大學天體物理專業(yè)博士學位，1998年獲中國科學院院長獎學金優(yōu)秀獎。2001年1月被破格聘任為中國科學技術大學副教授。2002-2003學年被教育部國家留學基金委以高級訪問學者的身份選派到美國哈佛大學天文系訪問。2001，2004年曾應邀訪問香港大學物理系，并作合作研究。入選教育部2005年度“新世紀優(yōu)秀人才支持計劃”。

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問：什么是黑洞？

答：根據(jù)愛因斯坦引力場方程的計算，如果大量物質(zhì)集中于空間一點，奇點周圍會形成時空扭曲的“視界”，一旦進入這個界面，連光子也無法逃逸。

這個預測在1916年被提出來，不過，直到1967年，普林斯頓大學核物理學家約翰?惠勒才在一場講座里首次使用了“黑洞”（black hole）這個詞匯，并迅速流傳開來。

問：既然看不見，怎么拍黑洞的照片？

答：雖然科學家們看不到黑洞的本體，但可以一直追溯到光子消失的“視界”，這是我們能“看到”的極限。

黑洞周圍的確會存在一些發(fā)光的現(xiàn)象，比如黑洞在吃掉周圍的恒星時，會將恒星的氣體撕扯到身邊，形成一個旋轉(zhuǎn)的吸積盤。黑洞有時候也會“打嗝”，一部分吸積氣體會沿轉(zhuǎn)動方向被拋射出去，形成噴流。

吸積盤和噴流都會因氣體摩擦而產(chǎn)生明亮的光線，以及其他頻段的輻射。

問：可為何弄到一張照片要花上這么久的時間？

答：黑洞照片“拍”起來難，“洗”出來也難。虛擬的大望遠鏡陣列并非直接拍出了黑洞的圖像，而是給出了許多數(shù)據(jù)，必須經(jīng)歷復雜的計算機處理過程。其中還有些缺失或模糊的部分，需要科學家們拼圖。

此外，在2017年4月的聯(lián)合觀測以后，研究團隊還進行了一些數(shù)據(jù)收集和校準的工作。

問：怎么拍出分辨率這么高的照片？

答：全球望遠鏡組成陣列，聯(lián)合觀測，形成一個有效口徑等于地球直徑的大望遠鏡。這個虛擬的大望遠鏡叫做“事件視界望遠鏡”（EHT），由8臺望遠鏡組成。分別是：南極望遠鏡（South Pole Telescope）；位于智利的阿塔卡馬大型毫米波陣(Atacama Large Millimeter Array，ALMA）；位于智利的阿塔卡馬探路者實驗望遠鏡（Atacama Pathfinder Experiment）；墨西哥的大型毫米波望遠鏡（Large Millimeter Telescope）；位于美國亞利桑那州的（Submillimeter Telescope）；位于夏威夷的麥克斯韋望遠鏡（James Clerk Maxwell Telescope，JCMT）；位于夏威夷的亞毫米波望遠鏡（Submillimeter Array）；位于西班牙的毫米波射電天文所的30米毫米波望遠鏡。它們在2017年4月對兩個黑洞目標進行了聯(lián)合觀測。