楚天都市报4月10日讯(记者王进良 通讯员王潇潇 高翔)黑洞是什么?为什么要研究黑洞?为什么要给黑洞拍照?……昨日,楚天都市报记者连线在上海出席发布会的ETH中国团队成员、华中科技大学吴庆文教授做进一步解读。吴庆文教授参与了历时两年的部分数据和理论分析工作。

  1.黑洞是什么?

  黑洞就是一个时空漩涡,是弯曲的空间和弯曲的时间构成的。理论上,它是爱因斯坦广义相对论预言存在的一种天体。它具有的超强引力,使得光也无法逃脱它的势力范围,这个势力范围称作黑洞的边界或事件视界。一切物质掉入视界范围,它就会消失的无影无踪,奔向奇点,因此像一个无底洞,即我们说的“黑洞”。

  天文学家们将宇宙中的黑洞分成三类:恒星级质量黑洞(几十倍至上百倍太阳质量)、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)。

  2.为什么要研究黑洞?

  黑洞自身有一堆秘密,让人着迷。比如:在我们居住的银河系中心就有一个超大质量黑洞,它的质量大约是400多万倍太阳质量,但活动性很弱,像一个沉睡者,偶尔翻翻身、打几声呼噜。此外,银河系中还有很多恒星级黑洞,它们和我们有关系吗?黑洞和它所在的星系之间,究竟有什么关系?这些都是我们非常关心的领域。

  3.之前如何判断黑洞存在?

  乍一听,黑洞,是不是表明没法看见?如果没法看见,怎么就知道它存在呢?这次拍照之前,天文学家主要通过各种间接证据来表明黑洞的存在:第一,恒星、气体的运动透露了黑洞的踪迹。黑洞有超强引力,对周围的恒星、气体会产生影响,可以通过观察这种影响来确认黑洞的存在;第二,根据黑洞吸积物质(吃东西)发出的光来判断黑洞的存在;第三,通过看到黑洞成长的过程“看”见黑洞。还有很多类似的证据,无不说明黑洞的真实存在。

  4.为什么要给黑洞拍照?

  对黑洞阴影的成像,将能提供黑洞存在的直接“视觉”证据。黑洞是具有超强引力的,因此给黑洞拍照最重要的目的,是在强引力场的极端环境下,验证爱因斯坦的广义相对论,并同时细致研究黑洞周围的物质吸积和喷流的形成及传播。可以说,“人类首张黑洞照片”是2016年发现引力波之后,人们寻找到了爱因斯坦广义相对论最后一块缺失的拼图。

  5.拍摄黑洞难在哪里?

  视界望远镜,涉及全球近10架毫米波望远镜,属于不同国家和地区,要协同合作才能保证同时观测,因此需要多国众多研究所和科学家共同参与完成。全球望远镜组网观测这个黑洞,每年适合的时间窗口只有十来天,2017年就是4月4日至15日左右,非常难得。这些望远镜观测到的数据,必须寄到一个地方进行综合处理,然后才能进行分析。而且处理过程非常复杂,因此非常耗时。

  6.为何说洗照片更难?

  在观测成功以后,由于甚长基线干涉阵数据处理相对较为复杂,而且涉及站点很多,每晚的数据量达2PB(1PB=1000TB=1000000GB),可以想见,如果是这么多电影的话,要看多少年,这和欧洲大型对撞机一年产生的数据差不多。为了保证准确性,观测数据用三种完全独立的流程,以及多个独立小组进行处理,以保证结果的准确性,直到大家结果相同,才会发布。可谓是拍照不易,洗照片更难。

  7.您主要做了哪方面的研究?

  这项研究不是哪一个人能完成的,是靠大团队的通力合作。中国科学团队主要包括中科院上海天文台、云南天文台、中科院高能所、北京大学、华中科技大学、南京大学、中国科学技术大学等10余位科学家参与,其中在观测、数据处理和理论分析等方面都有贡献。我主要参与了理论分析。关于本次公布的这个黑洞照片,我和研究生冯建超博士过去几年进行了系列研究,对黑洞吞噬物质过程、黑洞自旋等重要信息做了较好限定,提出这次视界望远镜观测的黑洞图像应该是来自黑洞吞噬的物质,而非相对论性喷流。此外,还发现这个巨型黑洞很有可能是高速自转的。这次拍摄的黑洞照片,较好的支持了我们前面的研究结果。

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