就在剛纔,事件視界望遠鏡(EHT)宣佈已經成功獲得了超大黑洞的第一個直接視覺證據。該圖像揭示了室女座星系團中超大質量星系 M87中心的黑洞,該黑洞距離地球5500萬光年,質量爲太陽的65 億倍。愛因斯坦提出的廣義相對論得到了首次試驗驗證。《天體物理學雜誌通信》於4月10日以特刊的形式通過六篇論文發表了這一重大結果。

  EHT是一個通過國際合作而實現的、由八個地面射電望遠鏡組成的觀測陣列,旨在通過形成一個口徑如地球大小的“虛擬”望遠鏡來捕捉黑洞的圖像,其靈敏度和分辨本領都是前所未有的,爲科學家們提供了研究宇宙中最極端天體的新手段。

  “我們捕獲到了黑洞的首張照片。”EHT項目主任、來自哈佛大學的謝潑德·多爾曼說,這是一項由200多位科研人員完成的非凡的科研成果。

  黑洞是一種被極度壓縮的宇宙天體,在一個很小的區域內包含着令人難以置信的質量。這種天體的存在以極端的方式影響着周圍的環境,讓時空彎曲,並將周圍的氣體吸引進來。在此過程中,氣體的引力能轉化成熱能,因此氣體的溫度變得很高,會發出強烈的輻射。

  “如此一來,黑洞就像沉浸在一片類似發光氣體的明亮區域內,我們期望着黑洞會形成一個類似陰影的黑暗區域。這正是愛因斯坦廣義相對論所預言的,可我們以前從未見過。”EHT科學委員會主席、來自荷蘭奈梅亨大學的海諾·法爾克解釋。“這個暗影的形成,源於光線的引力彎曲和黑洞視界對光子的捕獲。暗影揭示了黑洞這類迷人天體的很多本質,也使得我們能夠測量 M87 黑洞的巨大質量。”

  多次獨立的EHT觀測通過多個校準以及不同的成像方法均揭示了一個環狀的結構及其中心的闇弱區域,即黑洞陰影。“一旦我們成功對黑洞陰影成像,就可以將觀測結果與理論預言相比較。令人驚訝的是,我們所觀測到圖像的許多特徵與理論預言相匹配。”EHT董事會成員賀曾樸評論道。

  EHT觀測使用了甚長基線干涉測量(VLBI)技術,觀測波段是1.3毫米,達到的分辨率約20微角秒,足以在巴黎的一家路邊咖啡館閱讀紐約的報紙。

  創建EHT是一項艱鉅的挑戰,需要升級和連接部署八個現有的射電望遠鏡來組成全球網絡,而這些望遠鏡分佈在各種具有挑戰性的高海拔地區,包括夏威夷和墨西哥的火山、亞利桑那州的山脈、西班牙的內華達山脈、智利的阿塔卡馬沙漠以及南極點。雖然這些射電望遠鏡沒有實際連接,但藉助氫原子鐘精確計時,各臺望遠鏡實現了數據記錄的同步。

  EHT的每一臺望遠鏡都產生了大量的數據,每天約生成350太字節的數據。這些數據被存儲在高性能的充氦硬盤上,並被空運至高度專業化的超級計算機進行合併處理。這些超級計算機位於馬普射電所和麻省理工學院海斯塔克天文臺,在那裏,合作開發的新型計算工具將精心處理數據並轉換爲圖像。

  EHT的建設和今天宣佈的觀測結果源於數十年觀測、技術和理論工作的堅持和積累。這與來自世界各地的研究人員的密切合作是分不開的,是全球團隊合作的典範。13 個合作機構共同創建了EHT,使用了既有的基礎設施並獲得了各種機構的支持。

  “對M87中心黑洞的順利成像絕不是EHT 國際合作的終點站。”上海天文臺臺長沈志強研究員說,“我們期望也相信在不久的將來EHT會有更多令人興奮的結果。”

  “我們已經取得了一代人以前認爲不可能做到的事情。”謝潑德·多爾曼說,技術的突破、世界上最好的射電天文臺之間的合作、創新的算法都匯聚到一起,打開了一個關於黑洞和事件視界的全新窗口。”

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