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人类即将拍摄到第一张黑洞视界照片

来源:技术力量 更新时间:2019-04-06 09:37

人类即将拍摄到第一张黑洞视界照片

引力透镜模拟的黑洞,可看出在星系背景扭曲的图像

2019年,天文物理学界的一个辉煌时刻即将来临:利用视界望远镜,科学家即将拍摄到首张黑洞视界照片。

黑洞实际上是看不见的。它们的引力是如此巨大,没有任何东西能够逃脱,包括电磁辐射,如X射线,红外线,光线和无线电波,人类只有利用这些手段才能直接探测物体。

那个不归路的起点被称为事件视界,除了是一个你永远找不到自己的可怕位置外,它也是我们实际想象黑洞的关键。

虽然我们可能无法看到黑洞本身,但它的事件视界有可能被拍到。

2019年4月10日,“视界地平线望远镜”项目(EHT)将展示他们描述为“开创性”的黑洞视界照片。

人类即将拍摄到第一张黑洞视界照片

1978年的黑洞事件视界的第一张图像

不过,早在EHT之前的1978年,就有一位名叫Jean-Pierre Luminet的天体物理学家已经给了我们一个可以被认为是黑洞事件视界的第一张图像。

当然,这不是一张真正的照片。 Luminet的专业背景是数学,他利用自己的技能,使用20世纪60年代的IBM 7040卡式计算机,对的黑洞进行了第一次计算机模拟。

Luminet说:“当时黑洞是一个非常奇特的主题,大多数天文学家都不相信它们的存在。我想探索黑洞的奇怪物理。“

利用计算机返回的数据,Luminet然后在负面纸上用笔和印度墨水手工精心绘制。。

这是一张模糊的图像,它显示了如果我们足够接近黑洞看到它时,落入黑洞的扁平圆盘看起来会是什么样子。它看起来并不平坦,因为黑洞的强烈重力会使它周围的光线弯曲。

Luminet去年在arXiv发表的一篇论文中解释说:“实际上,引力场使黑洞附近的光线弯曲得如此之多,以至于光盘的后部被显露出来了。光线的弯曲也会产生一个次要图像,使我们能够看到吸积盘的另一侧,在观察者的黑洞对面。”

Luminet是第一个,但他并不是唯一一个被黑洞看起来像什么样子迷住的人。从那时起,其他人试图将这些物体可视化,甚至将其努力放在银幕上。

人类即将拍摄到第一张黑洞视界照片

星际电影中的黑洞

2014年克里斯托弗·诺兰(Christopher Nolan)电影“星际”(Interstellar)因其所谓的“科学准确”黑洞描述而受到称赞,这在很大程度上要感谢几十年前Luminet所做的工作,诺兰还咨询了加州理工学院的理论物理学家基普·索恩(Kip Thorne)。

最终,这部电影选择了一个简化的版本,不那么混乱,在屏幕上看起来很漂亮。

这当然令人印象深刻; 但是,根据Luminet和Thorne的说法,这不是黑洞的样子。

由重力场产生的主要和次要图像存在且正确。 但是,与Luminet的图像不同,光盘的亮度是均匀的。

人类即将拍摄到第一张黑洞视界照片

2016LIGO黑洞

Luminet说:“正是这种强烈的表观光度不对称性,这是黑洞的主要特征,唯一能够使吸积盘内部区域的旋转速度接近光速的天体,并引起非常强烈的多普勒效应。“

他写了一篇长达15页的关于电影科学的论文。

您可能会注意到,所有这些版本的黑洞看起来与您可能看到的另一种类型的黑洞图像非常不同,最有名的是2016年的LIGO发现。这是基于法国国家科学研究和国际天文学联合会的天体物理学家Alain Riazuelo的研究成果,他们在2016年首次模拟了这样一个黑洞。

这个黑洞看起来不同的原因是因为它显示出一个静止的黑洞, 一个没有吸积盘的黑洞。

黑洞的重力破坏了尘埃和气体的覆盖层,使其背后的空间变形。如果我们能够足够接近看到这样的黑洞,我们就会在运动中被轨道上的重力所捕获。这就是它似乎跨越恒星领域的原因。

在两个黑洞的情况下,如LIGO黑洞图中所示,每个黑洞都有一个小的香蕉形次要图像,在其后面出现另一个洞。

“视界地平线望远镜”项目一直专注于人马座A*(Sagittarius A*,简写为Sgr A*),这是我们银河系中心的超大质量黑洞。

我们不知道我们会看到什么。数据可能只会返回几个模糊的像素。如果是这样的话,更多的望远镜将加入合作,科学家将再次尝试。

鉴于黑洞在观察期间有一个吸积盘,我们期待的东西看起来很像Luminet的作品。

此外,这项合作有望帮助我们更多地了解辐射的极化,磁场的结构以及黑洞的相对论性喷流。它已经为黑洞周围的空间结构提供了线索。

“视界地平线望远镜”项目探索工作最激动人心的部分是什么?Luminet认为是吸积盘的照片。

我们迫不及待地等待第一张黑洞视界照片的诞生。

标签:黑洞
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