四十五亿年前,我们的淡蓝色圆点诞生在恒星诞生留下的废墟中。 从那时起,我们就被锁定在宇宙之舞中; 地球绕太阳旋转; 太阳围绕银河系中心——银河系黑暗而神秘的中心——旋转。
整个银河系都围绕着那个黑暗的中心旋转,里面包含着一个超大质量的物体。名为人马座 A*,其质量约为太阳的 430 万倍。 我们已经能够根据它周围物体的运动来推断它的存在并测量它,但我们从未见过该物体本身。
从来没有,也就是说,直到现在。
屏幕顶部的图像——看起来像一个光彩夺目的模糊橙色甜甜圈——是人马座 A* 本身周围的尘埃和阴影,这是人类第一次看到,这要归功于事件视界望远镜合作的辛勤工作。
“我们对环的大小与爱因斯坦理论的预测如此吻合感到震惊,”EHT 项目科学家 Geoffrey Bower 说道台北中央研究院。
“这些前所未有的观测极大地提高了我们对银河系中心发生的事情的理解,并为这些巨大的星系如何运作提供了新的见解。与周围环境互动。”
我们无法停止凝视。 Sgr A* 的第一张图像。 (EHT 合作)
这项成就是在合作发布三年后取得的有史以来获得的第一张黑洞阴影图像– 一个名为 M87* 的超大质量黑洞,其质量是太阳的 65 亿倍,位于距离 5500 万光年的星系中心。
Sgr A* 离我们相当近,距离大约25,800 光年。 但这两个黑洞带来了截然不同的挑战。
M87* 和 Sgr A* 的尺寸比较。 (EHT 合作,致谢:Lia Medeiros,xkcd)
试图对黑洞成像就是试图对不可见的物体进行成像。 黑洞不发出我们可以探测到的辐射。 它们的密度如此之大,以至于超过了被称为事件视界的某个点,即使是宇宙中已知最快的物体——光,也无法从它们的引力中获得逃逸速度。
M87* 就是我们所说的活跃星系核。 这意味着它正在进食——被一个巨大的尘埃和气体盘包围,被吸入黑洞。 疯狂的摩擦力和重力会加热这种材料,使其发出明亮的光芒。 这就是我们在 M87* 的图片中看到的,黑洞的阴影位于发光材料的中心。
人马座 A* 可能更接近……但它远没有那么活跃。 事实上,如果 A* 中士是一个人,它只会消耗相当于每百万年一粒米。
此外,银河系中心布满了厚厚的尘埃,遮蔽了其中的大部分内容。
此前,科学家们发现了一种绕 Sgr A* 运行的气体云,黑洞自己的吸积盘,但它相对较冷,并且发出的光要微弱得多。 此外,由于黑洞较小,圆盘的轨道周期也较小,这意味着光线在非常快的时间尺度上变化。
“黑洞附近的气体以相同的速度移动——几乎与光一样快——围绕 Sgr A* 和 M87*,”天文学家 Chi-kwan ('CK') Chan 说道亚利桑那大学的。
“但是,气体绕较大的 M87* 运行需要几天到几周的时间,而在较小的 Sgr A* 中,它只需几分钟即可完成绕行。这意味着随着 EHT 协作,Sgr A* 周围气体的亮度和模式正在迅速变化。正在观察它——有点像试图清晰地拍摄一只快速追尾巴的小狗。”
其中,有东西在无线电波长中发出明亮的光芒——那就是 Sgr A*,但我们从未能够获得它的详细视图。
为了克服这些挑战,事件视界望远镜结合了来自世界各地的八台望远镜,这些望远镜一起工作,形成了一个本质上是地球大小的望远镜,具有惊人的分辨率。
2017 年的一次观测活动期间拍摄了大量图像,产生了 6 TB 的数据。 这些数据必须进行处理和分析——这个过程需要数年时间,并且需要开发新算法来弥补快速的变化性。
(EHT 合作)
上图:EHT 合作组织通过对使用不同计算方法创建的数千张图像进行平均,创建了 Sgr A* 的第一张图像(上图),所有这些图像都准确地拟合了 EHT 数据。 该平均图像保留了各种图像中更常见的特征并抑制了不常出现的特征。
根据相似的特征,这些图像被分为四类,您可以在上图的底部看到这些特征。 条形图显示属于每个簇的图像的相对数量。
科学家们将在未来一段时间内仔细研究这些令人难以置信的结果。
超大质量黑洞是一个宇宙之谜。 我们不知道它们是如何变得如此之大的——Sgr A* 实际上对于这些庞然大物之一——或者说它们最初是如何形成的,在时间的黎明。 然而,他们是推动这一进程的主要推动者。宇宙的演化。 整个星系都围绕着它们旋转; 它们控制着恒星的形成,甚至在它们自己的星系之外也是如此。
我们平时研究的超大质量黑洞都是活跃的,比如M87*。 这是因为它们周围空间中的物质会发光,而黑洞的磁场可以加速射流进入星系际空间,这两者都可以告诉我们黑洞本身。
显示超大质量黑洞解剖结构的插图。 (欧洲南方天文台)
Sgr A* 的静止状态可能使其成像更具挑战性,但正是这一特征使其成为非凡的研究对象。 因为它不像更活跃的黑洞那样发出耀眼的光,所以我们也许能够更清楚地看到它周围的环境,这反过来可能会给我们提供一个更好的了解事件视界物理学的窗口。
这可以帮助我们了解黑洞的各种奥秘,例如吸积如何运作、喷流如何发射,甚至广义相对论是否准确描述了黑洞附近的极端时空。
令人着迷的是,这两个黑洞看起来非常相似。 研究人员表示,这意味着我们可以对黑洞做出某些推论。
“我们有两种完全不同类型的星系和两个非常不同的黑洞质量,但靠近这些黑洞的边缘,它们看起来惊人地相似,”天文学家塞拉·马尔科夫说荷兰阿姆斯特丹大学 EHT 科学委员会的成员。
“这告诉我们,广义相对论在近距离控制着这些物体,而我们在远处看到的任何差异一定是由于黑洞周围材料的差异造成的。”
新图像为研究这些极端物体打开了一扇新的大门。 一张黑洞的图像令人惊叹。 两个意味着不仅第一个结果是真实的,我们现在还可以通过比较来了解这些令人难以置信的极端物体是如何运作的。
“现在我们可以研究这两个超大质量黑洞之间的差异,以获得关于这一重要过程如何运作的有价值的新线索,”天体物理学家浅田敬一说中央研究院.
“我们有两个黑洞的图像——一个位于宇宙中超大质量黑洞的大端,一个位于小端——因此我们可以比以往更进一步地测试重力在这些极端环境中的表现。”
新结果发表在特刊上天体物理学杂志通讯。
您可以观看下面的新闻发布会,并查看我们(现已完成)的实时博客,我们在其中实时报道了这一公告。
以下所有时间均采用 UTC 时间并按时间顺序排列。 刷新并滚动到底部即可查看最新更新。 我们将每隔几分钟添加新信息。
12.40:好吧,这一刻到了! 我们非常兴奋能够与大家分享天文学的这一重要时刻。 我们将每隔几分钟更新此博客,因此请继续点击刷新!
12.41:对于那些正在追赶的人,以下是我们迄今为止所了解的有关该公告的信息。 结果来自 EHT,它在大约三年前为我们提供了第一张黑洞图像。 我们还知道这些结果与我们自己的银河系有关……这表明也许我们即将看到银河系中心超大质量黑洞人马座 A* (Sgr A*) 的第一张图像。
如果天文学家能够直接拍摄 Sgr A* 事件视界的图像,这将是一个历史性的时刻……所以请确保您手头有零食和充足的液体。 你不会想错过这个的。
12.43:不仅仅是因为这个黑洞位于我们的银河系中,这一事实才使得这一宣布如此酷。 这实际上是一项极其困难的壮举。 Sgr A*的质量约为太阳的430万倍,事件视界直径为2540万公里,距离25800光年。 尝试想象它就像尝试在上面拍摄网球一样。
12.44: 黑洞即使在最好的情况下也极难成像,因为它们实际上是不可见的,会吸收所有电磁辐射。 但人马座 A* 的研究更加困难,因为它被尘埃和气体云遮挡。
Sgr A* 是 EHT 2017 年 4 月观测活动的主要目标。 如果天文学家对黑洞的地平线进行了成像,它应该看起来像一个发光的甜甜圈。 这是黑洞的吸积盘,是一个由气体和尘埃组成的环,在绕 Sgr A* 运行时会发出辐射。
12.45:还剩15分钟!
12.48:直播是在德国欧洲太空天文台总部拍摄的。 但它与华盛顿的公告同时播出。 华盛顿特区、智利圣地亚哥、墨西哥城、东京和台北。
在直播中,我们将听到:
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Thomas Krichbaum,德国马克斯·普朗克射电天文研究所
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Sara Issaoun,天体物理学中心 | 美国哈佛大学和史密森学会以及荷兰拉德堡德大学
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José L. Gómez,西班牙安达卢西亚天体物理研究所 (CSIC)
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克里斯蒂安·弗洛姆,维尔茨堡大学,德国
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Mariafelicia de Laurentis,那不勒斯“费德里科二世”大学和意大利国家核物理研究所 (INFN)
美国国家科学基金会在华盛顿特区发布的公告将包括:
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Katherine (Katie) L. Bouman,加州理工学院计算与数学科学、电气工程和天文学助理教授
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Vincent Fish,麻省理工学院海斯塔克天文台研究科学家
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迈克尔·约翰逊,天体物理中心天体物理学家 | 哈佛和史密森学会
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Feryal Özel,亚利桑那大学天文学和物理学教授
这听起来可能很多,但还有许多其他研究人员参与了这项工作。 可以说,这是一项巨大的协作事业。
值得注意的是,这里列出的所有科学家都以某种方式、形状或形式研究黑洞。
12.51:天文学界现在在推特上有很多讨论。
经过20(漫长)年的准备、观测和分析,银河系中心黑洞的EHT结果将于明天揭晓!https://t.co/8NDlvv6CfK
— 谢普·多尔曼 (@ShepDoeleman)2022 年 5 月 11 日
是的,我绝对无法入睡😬 还有几个小时! 我将在欧洲新闻发布会上谈论结果,我很紧张但很兴奋,我们那里见!https://t.co/K1DHwOJGkh
——博士。 萨拉伊萨恩(@SaraIssaoun)2022 年 5 月 12 日
这是我们银河系中心的令人呼吸的视图——红外和射电图像的马赛克,巧妙地结合在一起@SpaceGeck。
— 科里·鲍威尔 (@coreyspowell)2022 年 5 月 12 日
一小时后,我们将了解更多关于中心巨大黑洞的信息。https://t.co/CQ8sBuOiAg pic.twitter.com/Nw1dGSbKiI
我们等不及了!
12.55:五分钟警告大家! 获得这些零食的最后机会!
12.58:这里完全不出汗……还有两分钟。 我们已经倒计时了! 我们有音乐! 这真的发生了!
13:00:开始了。
13.01:就是这个! 我们真的就要见到 A* 中士了!
13.02:ESO 总干事 Xavier Barcons 正在向我们介绍会议进程……
他说,我们以前曾多次如此接近人马座 A*,用望远镜研究银河系中心周围恒星的运动,使我们能够测量超大质量黑洞。
“然而,我们还没有看到这个物体的直接视觉效果,”巴康斯说。 (!!!)
13.04:Barcons 正在谈论 300 多名国际科学家、更多支持人员以及世界各地的 8 个射电天文台共同努力实现这一突破性成果。 他补充说,这及时提醒我们,当各国共同努力时,我们可以取得什么成就。
13.05:它来了! 这是 EHT 项目总监 Huib van Langeveld 提供的图片。
13.06:我们将从 ALMA 望远镜所在的智利平原飞往银河系中心,与我们的银河系中心会合。
13.07:喘气看看那个!!
人马座 A* 中心的超大质量黑洞。 (EHT 合作)
13.08:哦,哇,这太棒了。 需要明确的是,我们看不到黑洞本身,但它就在那里,就在发光物质圆盘中间的暗斑中。
13.14:哈佛大学的萨拉·伊萨翁 (Sara Issaoun) 现在发言。 她说,我们现在第一次有直接证据表明 Sgr A* 是一个黑洞。 中心的暗斑是黑洞的影子; 在它周围,热气旋转,因摩擦而加热。 这种气体发出我们可以检测到的无线电辐射。
它的大小在天空中约为52微角秒,相当于在月球上成像一个甜甜圈。 由于黑洞阴影的大小与它的质量有关,我们可以用它来确认它的质量约为太阳的400万倍。 这与爱因斯坦广义相对论的预言完全一致!
Sgr A* 看起来与有史以来获得的第一张黑洞图像 M87* 非常相似,尽管两者非常不同,而且所处的环境也截然不同。 这告诉我们,无论环境有多大,黑洞周围的空间都将受到重力的支配。
13.17:德国马克斯·普朗克射电天文研究所的托马斯·克里鲍姆 (Thomas Krichbaum) 现在正在分享这一巨大成就的技术细节。 我们花了 25 年的时间来开发和完善技术,将世界各地的望远镜组合成一台地球大小的巨型望远镜,可以达到黑洞成像所需的分辨率。
结果是干涉仪的清晰度比人眼的清晰度高 300 万倍。 对于人马座 A* 的图像,获得了 6 TB 的数据——这些数据的分析需要数年时间,并且需要开发新工具。
13.20:西班牙安达卢西亚天文研究所的何塞·L·戈麦斯现在更详细地告诉我们事件视界望远镜的八个望远镜如何协同工作以获得观测结果。
不过,他说,Sgr A* 比 M87* 难多了。 该区域被灰尘遮蔽; 而且,虽然每个黑洞周围的气体以相同的速度移动,但 Sgr A* 的质量要小 1,500 倍,这意味着它的气体的轨道要短得多。 这意味着在进行观测时气体正在快速变化。
13.23:这是迄今为止获得的经过最彻底审查的干涉测量图像,与 M87* 的图像并列。
他刚刚向我们承诺未来会拍摄有关黑洞的电影。
13.25:德国维尔茨堡大学的克里斯蒂安·弗洛姆 (Christian Fromm) 现在正在加紧告诉我们,这张图片告诉我们有关 Sgr A* 的信息。
该团队使用世界各地的超级计算机来模拟黑洞。 与他们的模型相比,图像告诉我们 Sgr A* 正在旋转,而我们正在正面观察它。
13.27:那不勒斯“费德里科二世”大学和意大利国家核物理研究所 (INFN) 的 Mariafelicia de Laurentis 告诉我们,Sgr A* 的阴影大小与相对论一致,就像 M87* 一样,尽管两者黑洞以截然不同的速度吸积物质; Sgr A* 比 M87* 少一百万倍。
13.29:de Laurentis 表示,研究 Sgr A* 或 M87* 等黑洞周围的环境将使我们能够对广义相对论进行新的测试,希望找到它崩溃的地方。 这可以帮助我们尝试了解引力以及黑洞在宇宙中扮演的角色。 最好的还在后头!
13.31:安东·赞苏斯 (Anton Zensus) 在闭幕词中表示,这是一个新的水平。 “我们将世界上最大的射电望远镜整合到一台地球大小的相机中。”
涉及的望远镜有:
- 阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列 (ALMA)
- 智利阿塔卡马沙漠的阿塔卡马探路者实验(APEX)
- 西班牙 IRAM 30 米望远镜
- 詹姆斯·克拉克·麦克斯韦望远镜 (JCMT)
- 大型毫米望远镜阿方索·塞拉诺 (LMT)
- 亚毫米阵列 (SMA)
- 亚利桑那州亚毫米望远镜 (SMT)
- 南极望远镜 (SPT)
从那时起,EHT 增加了:
- 法国北部扩展毫米波阵列 (NOEMA)
- 格陵兰望远镜 (GLT)
- 位于基特峰的亚利桑那大学 12 米望远镜
13.35:如果没有 300 名参与此项合作的科学家,这一切都是不可能实现的。 “那么爱因斯坦呢?”赞苏斯问道。 “我宁愿认为他会欣喜若狂。”
好的,新闻发布会现在正在进行问答,所以我们就留在那里,但请继续关注我们的完整报道