猜猜首张黑洞照片什么颜色?既可能是灰度图像

点击次数:161   更新时间2019-04-17     【关闭分    享:

  今天晚上,首张黑洞照片将问世。比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海和台北、日本东京和美国华盛顿六地将共同发布来自事件视界望远镜的一项重大成果,揭开黑洞的神秘面纱。

  黑洞照片是传统意义上的照片吗?黑洞附近的时间会变慢吗?关于黑洞,你一定有许多的疑问。中科院国家天文台苟利军研究员接受了解放日报·上观新闻记者的专访。

  “大家不要忘了,我们的肉眼是看不见太赫兹波段的,因此黑洞的照片可能是灰度图像,也可能是假色图片,只要可以用来区分光的强度分布即可。”苟利军介绍,今晚即将亮相的黑洞“照片”,与传统意义的照片还是很不一样的,普遍照片拍摄的是可见光波段,而此次事件视界望远镜拍摄的是太赫兹波段,也就是亚毫米波段。

  为什么长达一个世纪都没能拍到黑洞照片?“这是因为需要比哈勃太空望远镜还高出2000倍分辨率的望远镜,而之前的望远镜没能做到。这次位于南极、智利、墨西哥、美国夏威夷、美国亚利桑那州、西班牙的8台亚毫米射电望远镜同时对黑洞展开观测,利用甚长基线干涉测量技术(VLBI),相当于构建成一个口径等同于地球直径(1万多公里)的望远镜。

  从2017年4月5日至14日,事件视界望远镜对银河系中心和星系M87(距离地球5500万光年)中央的超大质量黑洞进行了拍摄。这两个黑洞的视大小是目前发现的黑洞中最大的两个,在分辨率有限的情况下,越大越容易看到细节。“由于地球每天都围着太阳转,因此拍摄位置特别讲究,只有运行到某些地方,才能保证8个望远镜同时能看到黑洞,因此最佳时机在2017年只有这10天。”至于为何时隔2年才发布,苟利军猜测,因为计算机需要处理的数据量非常巨大。

  中国有两个亚毫米射电望远镜,一个在青海德令哈,另一个在西藏羊八井,但由于我国地处美洲的背面,难以和其他望远镜同时观测,因此中国大陆的望远镜并没有参与直接观测。

  还记得电影《星际穿越》中黑洞的样子吗?像一顶草帽,水平方向有个吸积盘,黑洞上下也有两个圆环。“就像海市蜃楼,这只是看上去的视觉效果,实际并不如此,这是黑洞的引力透镜效应,或者说是时空弯曲效应。”苟利军说。

  当我们靠近黑洞时,相比于那些远离黑洞的人,我们的时间流逝得更慢。这也可以算是时空弯曲效应,不过只是一种相对效应。靠近黑洞时,每一个衡量“一秒钟”的尺度被拉长了,也就是说,在这个坐标系下,时间是被拉长的。

  黑洞会消亡吗?苟利军介绍,在传统的广义相对论中,黑洞产生后不会再发生变化,可以永远存在下去。但如果把量子力学的不确定性,引入事件视界中,一些质量较小的黑洞会产生霍金辐射,因而也会死亡,并在消亡时产生大量伽玛射线。但霍金辐射对于超大质量黑洞影响很小,这类黑洞并不会消亡。据介绍,科学家至今还没观察到死亡的黑洞。

  根据质量,天文学家将宇宙中的黑洞分成三类:恒星级质量黑洞(3倍-100倍太阳质量)、超大质量黑洞(几百万倍太阳质量以上)和中等质量黑洞(介于两者之间)。尽管恒星量级的黑洞距离我们更近一些,但是因为恒星级黑洞的个头也小一点,黑洞直径也相应小一些,这样在天空中看起来的视大小(黑洞直径除以距离的比值)比临近的一些超大质量黑洞看起来更小一些,所以事件视界望远镜选择观测的就是位于我们银河系中的超大质量黑洞和距离我们5500万光年的M87星系中心的黑洞。

  黑洞的近代概念,来源于爱因斯坦1915年提出的广义相对论。通过爱因斯坦场方程,可以直接推导出某些大质量恒星会终结为一个黑洞。“黑洞相当于爱因斯坦场方程的一个极端的解,不过就连爱因斯坦也不敢相信黑洞真实存在。”苟利军说。

  爱因斯坦场方程在最初发布时只有近似解,当时的德国物理学家卡尔·史瓦西在一战前线,得到了非旋转黑洞的精确理论解,这是第一个有关爱因斯坦场方程的精确解。与此同时,史瓦西还给出了黑洞的半径大小,在这个半径范围以内,任何物质和辐射都不会溢出,后人将此距离称为史瓦西半径,并把史瓦西半径处的想象中的球面叫作事件视界。“在史瓦西看来,一个人如果掉进事件视界,是无法发射无线电光信号的,因为光也无法逃逸出去。”

  上世纪三十年代,美国的“之父”奥本海默研究发现:恒星在一定环境之下可以坍缩形成黑洞,并从理论上证实了黑洞的质量下限。

  1964年,美国科学家利用探空火箭在天鹅座区域偶然发现了一个非常明亮的X射线天体,天文学家将此天体命名为天鹅座X-1,这是人类历史上第一个黑洞候选体。

  核物理学家约翰·惠勒于1967年提出了“黑洞”这个名称,有趣的是,“虫洞”这个名称也是由他提出的。

  霍金在上世纪七十年代首先提出了黑洞的热力学定律,之后又发现了“霍金辐射”,他认为光线会从黑洞中逃脱,黑洞的质量因此也会逐渐变小,从而消失。

  2016年2月11日,激光干涉引力波天文台宣布,他们通过引力波信号,探测到了两个黑洞合并。这为黑洞的存在提供了第一个具体证据。

  那么,宇宙中到底存在着多少黑洞?在引力波被直接探测到后,科学家们估算,质量小于100个太阳质量的恒星级黑洞在我们银河系当中就应该多于1亿个。而我们整个宇宙还有至少上千亿个类似我们银河系的星系。与此同时,不要忘了,几乎在每一个星系的中心还存在着一个超大质量的黑洞呢。

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