自从乔恩·米歇尔首先提到在 1783 年写给英国皇家学会的一封信中,黑洞激发了科学家、作家、电影制作人的想象力其他艺术家。
也许这些神秘物体的部分吸引力在于它们从未真正被“看到”过。 但现在这种情况可能即将改变,因为一个国际天文学家团队正在连接地球上的许多望远镜,希望拍摄出第一张天体图像。黑洞。
黑洞是一个空间区域,其内部的引力如此之大以至于什么都没有? 连光都没有? 可以逃脱。
卡尔·史瓦西 (Karl Schwarzchild) 于 1915 年用数学方法预测了它们的存在,作为阿尔伯特·爱因斯坦 (Albert Einstein) 理论中提出的方程的解。广义相对论。
几十年来,天文学家已经掌握了超大质量黑洞的间接证据? 比我们的太阳大一百万到十亿倍? 位于巨大星系的中心。
那是因为他们可以看到引力他们有围绕银河系中心运行的恒星。 当来自周围银河环境的物质过多时,它们也会喷射出可检测到的羽流或等离子射流达到接近光速的速度。
去年,LIGO 实验通过著名的探测提供了更多证据时空的涟漪由数百万年前合并的两个中等质量黑洞引起。
尽管我们现在知道黑洞的存在,但有关黑洞的起源、演化和对宇宙的影响的问题仍然是现代天文学的前沿问题。
捕捉天空中的一个小点
2017 年 4 月 5 日至 14 日,该项目背后的团队事件视界望远镜希望通过尝试拍摄第一张黑洞事件视界(理论预测任何东西都无法逃脱的点)的图像来测试黑洞物理学的基本理论。
通过将全球射电望远镜阵列连接在一起形成相当于地球大小的巨型望远镜? 使用一种称为甚长基线干涉测量和地球孔径合成? 科学家们将窥视我们银河系的中心,那里有一个质量是太阳质量400万倍的黑洞? 射手座 A* ? 潜伏着。
美国宇航局/维基百科
天文学家知道黑洞周围有一个由尘埃和气体组成的盘。 来自这种材料的光所采取的路径将在黑洞的引力场中扭曲。
它的亮度和颜色预计也会以可预测的方式改变。 天文学家希望通过视界望远镜看到的标志性特征是明亮的新月形状而不是圆盘。
他们甚至可能在这种明亮的旋转物质的背景下看到黑洞事件视界的阴影。
该阵列连接全球九个站点? 一些是单独的望远镜,另一些是望远镜的集合? 分布于南极洲、智利、夏威夷、西班牙、墨西哥和亚利桑那州。
“虚拟望远镜”已经研发多年,技术也已经过测试。 然而,这些测试最初显示出有限的灵敏度和角分辨率,不足以探测到达黑洞所需的尺度。
但是增加敏感的新望远镜阵列呢? 包括阿塔卡马大型毫米大批在智利和南极望远镜? 将为网络提供急需的动力提升。
这就像戴上眼镜,突然能够看到迎面驶来的汽车的两个车头灯,而不是单一的模糊光线。
欧洲南方天文台/C。 马林/维基百科
黑洞是天空中的致密源吗? 它的光学波长(我们可以看到的光)的视野被大量的灰尘和气体完全阻挡。
然而,具有足够分辨率并在更长的射电毫米波长下运行的望远镜可以透过这种宇宙迷雾进行观察。
任何类型的望远镜的分辨率? 可以辨别和测量的最细微的细节? 通常被引用为一个小角度,对应于物体的大小与其距离的比率。
角尺寸为月亮从地球上看大约是半度,即 1800 角秒。 对于任何望远镜来说,孔径越大,可以解析的细节就越小。
单个射电望远镜(通常孔径为 100 米)的分辨率大约为 60 角秒。 这与肉眼的分辨率相当,大约是满月表观直径的六十分之一。
但通过连接许多望远镜,事件视界望远镜将达到15至20微角秒(0,000015角秒)的分辨率,相当于能够在月球的距离上观测一颗葡萄。
有什么危险?
尽管以这种方式连接许多望远镜的做法众所周知,但事件视界望远镜面临着特殊的挑战。
网络中每个站点记录的数据将被传送到中央处理设施,在那里超级计算机将仔细组合所有数据。
每个地点的不同天气、大气和望远镜条件都需要对数据进行细致的校准,以便科学家可以确保他们在最终图像中发现的任何特征都不是人工制品。
如果可行的话,以与事件视界相当的角分辨率对黑洞区域内的物质进行成像将开启黑洞研究的新时代,并解决许多重大问题:事件视界是否存在?
爱因斯坦的理论在这个具有极强引力的区域是否有效,或者我们是否需要一种新的理论来描述如此接近黑洞的引力? 另外,黑洞是如何供给物质的以及物质是如何喷射的?
它甚至有可能拍摄附近星系中心的黑洞,例如位于我们当地星系团中心的巨大椭圆星系。
最终,数学理论与深刻的物理洞察力、全球国际科学合作以及尖端实验物理和工程学方面卓越、顽强的长期进展的结合,看起来将使揭示时空的本质成为 21 世纪初科学的一个决定性特征。