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科学家们已经窥视了一个黑洞并拍摄了它的事件地平线照片

2020-01-13 03:07:04 来源:工人日报

  

第一次尝试在一个黑洞内进行观察并拍摄其事件视界的图像​​ - 不归路 - 看起来是成功的,在10天的观察期内没有出现重大问题。 收集的大量数据现在被发送到美国和德国的两台超级计算机,科学家们希望在2018年初找出他们是否有第一张黑洞图片。

Event Horizo​​n Telescope是一个雄心勃勃的项目。 它将全球各地的望远镜连接在一起,形成一个地球大小的望远镜 - 这些望远镜实际连接起来,因此它有效地具有整个行星的直径。 这种技术并不新鲜,但这是第一次如此大规模地完成。 它提供的细节水平就像能够计算距离8000英里的棒球上的缝线一样。

黑洞不难看出来。 他们积累的材料非常热,非常明亮。 问题是返回的图像的分辨率 - 现在,它们看起来像一个明亮的模糊。 事件地平线望远镜应该能够提供清晰的图像,显​​示黑洞周围的环及其阴影。

研究人员针对两个黑洞。 第一个是射手座A *,是位于银河系中心的黑洞。 另一个是Messier 87,是距离5300万光年的椭圆星系中的一个超大质量黑洞。

马萨诸塞州麻省理工学院Haystack的研究科学家Vincent Fish正在研究这个项目,他告诉新闻周刊 ,返回的图像应显示进出黑洞的材料流量。 “我们期望看到的是一个不对称的图像,你有一个圆形的暗区。 那是黑洞阴影。 并且在那边可能有一个明亮的环 - 光子环[空间的球形区域,重力是如此强大的光子被迫在轨道中传播]。 然后在它周围,你会看到一边是明亮的,另一边是微弱的,所以有点像新月。

“新月的原因是黑洞附近的物质以十分之一的速度移动。 狭义相对论告诉你粒子何时发出光子 - 当它们向你发光时 - 如果粒子向你移动,它看起来非常明亮,如果它们远离你,那么它会变暗。 这就产生了这种不对称性。“

处理数据

已经收集了大约1 PB的数据。 从这个角度来看,一PB级的MP3歌曲会持续播放超过2000年而不会重复。 科学家们正在两个研究机构之间收集和分发数据:一个在麻省理工学院的Haystack,另一个在德国波恩的马克斯普朗克射电天文学研究所。

记录在硬盘上的数据将插入两个相关器(或超级计算机)。 这将消除由每个望远镜的不同全球定位引起的任何时间延迟。 “我们将其插入相关器,我们查看每个基线,看看我们是否检测到任何东西。 有了我们的阵列,我们应该有足够的灵敏度。 如果事情进展顺利,我们至少应该对大多数基线进行明确的检测,但是在数据回到这里之前我们不会确定,“Fish说。

数据将以两波回归。 大多数将在未来几周内返回,但在南极望远镜收集的内容将在六个月内无法使用 - 由于冬季飞机无法降落,因此目前,数据“搁浅”,Fish解释说。

没有这些数据,科学家们无法确定成功与否。 “直到明年1月,我才认为我们将拥有完整的数据集。 我们将在几个月内获得部分数据集,我们将查看不完整的数据集,这样我们就可以在数据缩减和校准方面取得领先,因此我们知道存在哪些问题以及如何减轻它们,“他说。

“我们会很清楚它是否成功 - 我们检测到的来源有多强 - 但是对于成像基线到南极非常重要。 所以我认为成像部分要到明年才能真正开始。“

event horizon telescope 显示Event Horizo​​n Telescope项目中使用的望远镜位置的地图。 麻省理工学院海斯塔克天文台

这是什么意思呢?

黑洞是极端物理学的有效实验室。 引力是如此强大,以至于没有任何东西,甚至光线都无法逃脱。 事件视界是不返回的点 - 它会拖动任何传递它的东西。 在黑洞的中心是所谓的奇点:一维点,难以想象的小,但包含巨大的质量。 在奇点时,时空曲线无限,物理定律不复存在。

“如果你和研究黑洞,广义相对论,热力学和量子力学的人交谈,他们会告诉你这些理论中的一个必须在黑洞中给出,”费什解释道。 这方面的一个例子是信息悖论。 简而言之,量子力学说信息不能真正被破坏,因此任何被吸入黑洞的细节必须以某种方式或形式保留。 另一方面,广义相对论说黑洞无法生存。

“我们对宇宙如何运作有这些假设,这些经过充分考验的理论,但在黑洞中有些东西是错的,我们不知道它是什么,”费什说。

从最初的图像返回,科学家应该能够测试相对论。 “如果你知道黑洞的质量 - 对于射手座A *我们知道的很好 - 如果你知道黑洞的距离,我们再次知道,那么相对论预测你会看到那个阴影和环环将具有一定的直径,它将接近圆形。 这是相对论的考验。 如果形状不是圆形或错误的大小,那么相对性已经使预测失败了。 这是我们要看的第一件事。“

MIT 麻省理工学院干草堆天文台,其中一个将用于处理数据的超级计算机之一。 麻省理工学院海斯塔克天文台

从长远来看,天体物理学家将能够开始研究材料是如何被吸入黑洞的,以及它是如何被射入喷气式飞机的。 “这将使我们更好地理解广义相对论是否准确描述了黑洞周围的时空,”费什说,并补充说,这将是我们第一次能够在极端极限下测试广义相对论。 “对于广义相对论,我们一直认为它是正确的。 在1919年的[亚瑟]爱丁顿和日食期间,在弱场限制中进行了一些相对论测试。 但是我们还没有真正能够在强大的野外限制中进行任何测试。 而且真正没有比黑洞更强大的领域。“

负责墨西哥大毫米望远镜事件地平线望远镜研究的天文学研究教授Gopal Narayanan在给新闻周刊的电子邮件中说:“[事件视野]是我们研究极端物理学的最佳实验室。 这些观察将帮助我们梳理所有关于黑洞的狂野理论。 并且有许多狂野的理论。 通过这个项目的数据,我们将了解以前从未理解过的黑洞事件。“

(责任编辑:乜杆泰)
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