黑洞 黑洞6问:黑洞内部是什么样子?黑洞图片发布,理论和实测的碰撞
在科学领域,没有什么比你在第一次观察或实验结果中验证一个长期的理论预测时更令人兴奋的了。2012年,大型强子对撞机揭示了希格斯玻色子——标准模型中最后未发现的基本粒子的存在。 几年前,LIGO合作直接探测到了引力波,证实了对爱因斯坦广义相对论的预测。
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在2019年4月10日,事件视界望远镜项目发布了一个备受期待的声明,他们公布了有史以来的第一个黑洞事件视界图像。 在2010年代初,这种观察在技术上是不可能的。然而现在,我们不仅要看看黑洞究竟是什么样子,而且我们还将测试空间,时间和重力的一些基本属性。
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要对太空中的任何对象进行成像,则必须克服下面两个难题:
1、必须收集足够的光才能看到目标,即在测试仪器和目标对象附近其他物体的背景噪声中将目标的信息提取出来。
2、您需要足够的分辨率(或分辨率)来显示正在查看的对象的结构,否则您的所有数据将只是一个像素点。
因此,如果想要对黑洞的事件视界进行成像,需要收集足够的光线把使黑洞周围的辐射从环境的其他辐射中分离出来,并且还要探测比事件视界直径更窄的角度尺度。
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到目前为止,两种可能的模型可以成功地拟合事件视界望远镜数据,截至2018年早些时候,两者都显示出一个偏离中心,与施瓦西半径相比更大的宇称不守恒的事件视界,,与爱因斯坦广义相对论的预测一致。
我们验证这两个模型的唯一方法是使用巨大的,超灵敏的射电望远镜阵列,观察从地球可见的角度大小的最大黑洞。 黑洞越大,其事件视界的直径就越大,但它的距离会让它显得越小。 这个理论下,最大的黑洞将是射手座A *,这是位于银河系中心的超大质量黑洞,而第二大黑洞将是位于M87星系中心的超大型黑洞,距离我们大约6000万光年。
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望远镜从地球两个半球的不同地方观测,有助于提高事件视界望远镜的成像能力。 从2011年到2017年(特别是2017年)的数据应该使我们现在能够构建射手座A *的图像,也可能构建M87中心的黑洞图像。
黑洞被快要被它吞噬的物质所包围。这些物质会散落在黑洞的外面,旋转,升温,并在进入黑洞时发出辐射。这些辐射在光谱中的无线电部分,并且可以被足够灵敏的望远镜阵列所观测到。
事件视界望远镜(EHT)正是我们观察黑洞所需的无线电阵列 - 在南美洲的ALMA望远镜阵列做出了最大的贡献 - 不仅收集无线电信息,而且具有很高的分辨率。 EHT由数十个单独的镜盘组成,具有足够的组合光聚集能力,以显示黑洞周围的辐射,镜盘之间的距离提供了对所讨论的事件视界进行成像所必需的分辨率。
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阿塔卡马大毫米/亚毫米望远镜阵列,曾拍摄麦哲伦云。作为ALMA的一部分,大量的镜盘整合在一起,有助于在小范围内获得清晰的图像,而相对较少数量的隔得更远的镜盘阵列有助于在获取最亮部分的细节。向事件视界望远镜添加ALMA使得构建事件视界图像成为可能。
我们之前使用这种技术进行长基线干涉测量,用于观察巨大的单盘望远镜也看不见的星体的特征。只要尝试观察的特征足够明亮并且在同时观察的望远镜中显示,就可以获得与望远镜之间的距离相对应的成像分辨率,而不是仅限于望远镜直径。
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木卫一的掩星,其喷发的火山Loki和Pele,被木卫二遮挡,在这张红外图像中是看不见的。 而GMT(巨麦哲伦望远镜)能够将分辨率提升得到清晰得图像。
最引人注目的是,到目前为止,望远镜阵列已被用于对木卫一表面喷发的火山进行成像,即使在木卫一被另一颗木星卫星遮挡的时候。
事件视界望远镜根据相同得原理,来探测从地球看到的具有最大角直径的黑洞周围的辐射。 以下是我们在观看第一次发布黑洞图像时需要学习的六件事:
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