科学家们给两个黑洞拍了照片,但只有一张“洗”出来了

   4月10日晚间,全球多地联合发布了人类首张黑洞照片。照片的主角远在5000多万光年之外,位于遥远的M87星系的中央,质量约为太阳的65亿倍。

  其实,在2017年4月,“事件视界望远镜”项目(EHT)中的8台望远镜选定的观测目标有两个,另一个和地球的关系更近,正是我们银河系的中心黑洞。那么,为什么这次反而没有看到银河系中心黑洞的照片呢?

  中科院上海天文台副台长袁峰告诉记者,给银河系中心黑洞“洗照片”存在更多技术上的困难。正因地球在银盘里面,观测中心黑洞需要透过许多恒星、尘埃和气体,造成较强的散射效应,成像更难。

  参与EHT项目理论组工作的袁峰表示,现实拍到的黑洞照片和理论计算的几乎完全一致,这是爱因斯坦广义相对论的又一次胜利。也正因如此,黑洞照片和科幻电影《星际穿越》中的黑洞形象相当接近,都是中间一个暗影,外面有一圈发亮的光环。毕竟,《星际穿越》的科学顾问可是诺贝尔物理学奖得主基普·索恩。黑洞的本体藏匿在阴影中,发光的部分则是黑洞周围吸积的气体。

  M87黑洞和《星际穿越》黑洞最大的不同,在于后者有一个薄吸积盘,而M87黑洞的吸积盘较厚。

  那么,黑洞周围的光环究竟发出的是什么样的光呢?具体来讲,这次全球8台射电望远镜收集到了湍急的吸积气体辐射出的波长为1.3毫米的光。

  这种光比我们熟悉的可见光波长要长,其实并不存在颜色的区分,科学家们只能感应到信号的强弱,照片中的红色是后期处理的效果,而《星际穿越》选择了亮黄色。

  《星际穿越》中的黑洞选择用亮黄色进行呈现

  为什么选择这个波段?这里面讲究很大。一方面,黑洞吸积气体在这个波段的辐射比较强。另一方面,这个波段在射电波中算是波长比较短的。

  照片的分辨率与两个主要因素相关。观测的波长越短,望远镜的口径越大,照片就越清晰。这次,科学家们运用甚长基线干涉技术(VLBI)将8台望远镜组成了一台口径等同于地球直径的巨大望远镜网络。那么,为什么不使用波长更短的红外线、甚至可见光呢?袁峰解释道,在这些波段,干涉技术还没有那么成熟,无法实现给黑洞拍照的目的。可以说,1.3毫米的波长正处在一个技术的平衡点上。

  从源头上来讲,这些光是由黑洞吸积盘上的同步辐射产生的。气体到了吸积盘附近,温度变得非常高,粒子的运动速度达到了相对论性速度。在吸积盘产生的磁场里,相对论性粒子运动就会发出同步辐射。

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