给“银心黑洞”拍照的团队里 有一位南大天文系教授
2022-05-14 07:50

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李志远教授

 

 

  5月12日晚,欧洲南方天文台联合中科院上海天文台召开新闻发布会,第二张黑洞照片“银河系中心黑洞”终于露出真容。记者从发布会上了解到,中国上海天文台牵头组织协调国内17位学者参与了此次EHT项目合作,其中一位便是来自南京大学的李志远教授,他也是江苏高校中唯一参与此项目的天文科研工作者。

  扬子晚报/紫牛新闻记者 杨甜子

  他的研究目标之一便是“银心黑洞”

  12日的发布会结束后,李志远第一时间接受了记者的采访。他告诉记者,自己是在2016年底受邀正式参与合作。合作的基础主要是基于个人的研究兴趣与经验。“我个人长期研究EHT(事件视界望远镜)的主要观测目标之一——银河系中心黑洞,以及与之类似的近邻星系中心黑洞。”本次观测中,李志远参加了EHT项目中的多波段科学工作组,“我主要从多波段观测角度开展辅助研究。还曾与研究生一道,利用X射线数据分析了银心黑洞可能存在的喷流”。

  李志远介绍,此次发布的观测结果,基于分布在全球六个不同地理位置的八个望远镜,共同组成干涉阵。其中位于夏威夷的JamesClarkMaxwell毫米波望远镜由东亚天文台负责运行,而中国是东亚天文台联盟的成员之一。

  这一次拍到银心黑洞照片,对我们来说有什么意义?李志远表示,“银心黑洞”的成像,与2019年M87星系黑洞照片互为印证,是黑洞存在的又一次有力证明。同时也通过模拟观测数据对爱因斯坦的广义相对论做出了验证。

  其实,这张“照片”五年前就已经拍完了

  这张银心黑洞照片,其实和三年前发布的M87星系黑洞照片是同一时间“拍”下的。2019年首张黑洞照片发布时,科研人员通过分布在全球六个不同地理位置的八个望远镜捕获数据,经过技术合成,让距离地球5500万光年的M87星系黑洞成功“展现”在世人面前。而分析银河系中心黑洞的相关数据,科学家们多用了将近三年时间。

  为什么这张照片“洗”出来需要这么久?上海天文台专家介绍,这其中困难重重。为了得到第一张黑洞图像,EHT的一些成员已经默默工作了接近20年。在此过程中,科研工作者们需要不断地开发测试新的硬件和软件,尤其是最后几年,工作量更为艰巨。组织全球性的联合观测本身就有很多实际的困难需要克服,而为了能够有足够的角分辨率观测到黑洞的事件视界尺度,需要很高的观测频率。

  在2017年观测后,首先需要从各个台站收集观测数据到数据处理中心,然后利用EHT成员专门针对EHT观测研发的工具,进行数据处理,相关,校准,分析,最后解释得到的结果。

  观测条件有阻碍,因此选择“舍近求远”

  作为距离地球最近的超大质量黑洞,约400万倍太阳质量的银河系中心黑洞距离地球仅有2.7万光年。科研工作者为什么“舍近求远”,先分析出了M87星系黑洞的图像,然后才回过头来分析距离地球相对较近的银河系中心黑洞呢?上海天文台专家介绍,这是因为银河系尘埃带的阻挡,普通的光学望远镜根本无法直接看到银河系中心黑洞附近的景象,只能通过射电、红外和X射线等波段望远镜去推断它的存在。

  “我们从2017年4月当中15天时间段里,挑选了天气晴好的5-7天进行观测。在该段时间内,EHT对目标源进行了观测,每晚观测大约8小时。”专家介绍,对银心黑洞的观测,如果考虑前期的筹备和测试阶段,有些EHT团队成员已经投入了差不多20年的时间。尤其是在2010年后,又有新的望远镜加入该项目,为使这些新老望远镜能够作为EHT阵开展全球协作观测,需要解决很多技术和实际问题。

  未来,黑洞不仅可能有彩色照片,还会有电影

  据悉,事件视界望远镜在2018年已经增加了3个新的台站,目前正在对2018年和2021年的观测数据进行分析,2022年新的观测数据正在整理中。

  上海天文台专家表示,未来,银心黑洞和M87星系黑洞仍是最重要的科学目标,EHT团队正在探究它们如何随时间变化,获得更清晰的图像,并研究周围磁场。在2019年捕获到第一张黑洞照片以后,科学家的下一个重大科学问题是:我们是否能拍摄到气体绕转黑洞的动态过程?黑洞对光线的引力透镜效应是检验爱因斯坦相对论的方法之一,但若能观测物质绕转黑洞的轨道,将是研究这个问题的全新维度。

  李志远教授介绍,专家组们并没有停歇,已经投入到新的观测计划中。未来通过对不同频段的观测,科研人员有望获得更加丰富的数据,丰富黑洞的照片“数据库”,从而给黑洞“拍”出真正意义上的彩色照片。

  上海天文台的EHT合作国内协调人、上海天文台台长沈志强告诉记者,拍摄一部银河系中心黑洞的“电影”,是下一代EHT的追求。“正在规划建设中国的亚毫米波VLBI望远镜,以期参与到对银河系中心黑洞的24小时不间断的接力观测中。”

  关于“黑洞”

  这些你一定想知道

  在银河系中有多少黑洞?

  据估计,在任何星系中都会存在许多质量与恒星差不多的黑洞。它们是在大质量恒星演化晚期发生超新星爆发之后而遗留下来的残余物。 最靠近地球的黑洞在哪里?

  最靠近地球的黑洞是距离我们3000光年的麒麟座V616,它的质量是太阳质量的11倍,围绕一颗K型星(0.5倍太阳质量)运行,轨道周期将近8小时。

  黑洞会“消失”吗?

  由于所谓的“霍金辐射”,经过一段时间后所有物质都会蒸发。对于迷你黑洞来说,这可能只需几秒钟。对于一个质量相当于一座山的黑洞来说,它需要20亿年。对于像太阳这样大质量的黑洞来说,需要10的67次方年(蒸发时间与体积成正比,即与质量的立方成正比)。

  黑洞里有什么?

  这还未知,因为我们无法接触那里的东西。我们尚且无法知道物质是否被压缩了、或者全部到达中心的奇点。

  如果掉进黑洞会发生什么?

  对于一个小黑洞来说,你会遭受所谓的“意大利面化”(这是一个科学术语),因为把你拉向奇点的力,比如说,它作用在你脚上比作用在你头部更高,所以你会被拉伸,变得像意大利面。对于巨型黑洞来说,你不会受到这种潮汐力的影响,因为与较小的黑洞相比,一旦你越过黑洞视界,潮汐力需要更长的时间才变得足够强大。

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