首张黑洞照片即将公布,但这样折腾究竟有什么意义?

首张黑洞的事件视界照片公布,有什么意义?

北京时间2019年4月10日21:00将要公布第一张黑洞的事件视界照片,无疑这是天文界的大事,也是科学界不小的波澜!自LIGO发现引力波事件以来,已经有好多年没有这种全球期待的轰动性科学进展事件了!

一、黑洞的事件视界是个嘛玩意?

黑洞是因质量极大而天体的结构无法支撑引力坍缩而成一个奇点的特殊天体,它有很多特殊的属性:

1. 引力极大,在视界范围内连光都无法逃逸(此为黑洞命名的由来)

2. 不具原先天体的任何特征,此为黑洞的无毛定理

3. 极大的引力会吞噬周围的星际物质

我们已经在银河系中发现很多类似黑洞天体的特征,尽管连光都无法逃逸,但我们仍然可以从它的吸积盘以及对背景光线的扭曲来发现它,前者吸积盘辐射的发现要求并不是特别高,钱德拉硬X射线望远镜即可发现大量的疑似黑洞天体!后则这种引力透镜则是间接方式!

二、黑洞的事件视界是怎么拍出来的?

上文中有说到黑洞的吸积盘,钱德拉硬X射线等,就如哈勃发现遥远天体,看到并不难,但要看清则很难!这就是为什么哈勃能拍摄到134亿光年外的GN-Z11这个宇宙初期的婴儿星系,却拍不到月球上的阿波罗11号留在月面的美国国旗!因为哈勃在月面的分辨率为50M,如果要看清长度1-2M的国旗,哈勃至少需要装备口径60M左右的主镜!这就是“口径才是王道”的真正来历!

此次成像的对象是银心黑洞SgrA*,质量为太阳的400万倍,视界直径2400万千米,在这样的距离上要看清这个尺寸的天体,光学望远镜至少需要6.88KM的口径!很显然我们不具备这个条件!

当然活人并没有被尿憋死,人类以分布在地球各处的射电望远镜阵列以同时工作的干涉仪模式实现了超大口径的模拟!射电波段选择在了1MM处能对银心最清晰成像的毫米波段!

三、为什么中国的FAST不参与?

中国的FAST口径高达500M,即使观测南天区低纬度的银心它的有效口径大的吓人,但很可惜FAST并没有参与到此次观测中来!

1. 此次观测的是毫米波段波长1MM的电磁波,而FAST比较擅长观测0.3M左右的中子星射电波段,因此在波段上并不合适!

2. 此次观测的主要选手是位于智利沙漠的阿塔卡马大型毫米波亚毫米波阵列(ALMA),理论上这个阵列确定以后周围的望远镜就确定了,基本上就在以此为中心的西半球范围内的射电望远镜,各位可能会有疑问,为什么会这样?

因为工作在干涉模式的望远镜阵列最基本要求是同时观测,而且这个同时要求极高,必须在同步原子钟精确时间下协调工作,这些望远镜阵列观测到的信号不是叠加即可,而是在模拟一个超大射电望远镜的不同反射扇面,这个观测精度要求极高!

四、如此折腾有什么意义?

此次观测参与的望远镜阵列大约有9个,观测时间倒也不久,主要是计划的协调时间与最后的数据处理,所谓的观测几天处理几年说法就是这么来的!因为得到的数据是PB级别的,即使超级计算机,面对PB级别的数据也只能排序处理!但这意义却是非凡的,因为人类从来都没有真正观测到过黑洞的事件视界,也就是黑洞的模样,一直以来我们都在以PS图像忽悠大家,了不起计算机模拟出来一个,但那样的黑洞真的就是现实中的黑洞吗?肯定是未必,因为模拟出来的条件都是我们人为设置的,条件也是极为理想化的,而黑洞所处的环境却千差万别,而且有多少未知因素的影响我们不得而知!但此次“事件视界望远镜”(EHT)计划得以让我们一窥黑洞的究竟,对于未来黑洞与星系的演化,以及对于黑洞更深层次的理解都有着极为重要的意义,另外还有一个好玩的事实,距离地球最近的黑洞是2800光年外的麒麟座V616!这个距离远吗?对于银河系20万光年的距离上,就是邻居而已!所以关注与研究邻居,特别是脾气不太好的邻居是很重要的!