18世紀(jì)末期,一位英國的業(yè)余天文學(xué)家米歇爾給著名科學(xué)家卡文迪許的一封信中,猜想了宇宙中會不會存在一種完全黑暗的天體,哪怕是光線也無法從這一天體的表面逃逸,米歇爾把這一天體稱為“暗星”。無獨(dú)有偶,法國著名科學(xué)家拉普拉斯在《天體力學(xué)》一書中也提出了“暗星”的概念,他認(rèn)為宇宙中存在一種引力極大的天體,光線也無法逃脫這么強(qiáng)的引力。
米歇爾和拉普拉斯設(shè)想的“暗星”就是黑洞的前身,不過,嚴(yán)格意義上的“黑洞”概念源于阿爾伯特.愛因斯坦提出的廣義相對論,1916年,德國天文學(xué)家卡爾.史瓦西(Karl Schwarzschild)從愛因斯坦的引力場方程中獲得了一個“真空解”,這一“真空解”意味著,若極大量的物質(zhì)集中于極微小的空間中,則集中點(diǎn)的周圍會生成一個界面——即“事件視界”——一旦進(jìn)入“事件視界”中,包括光線在內(nèi)的一切物質(zhì)也無法逃脫。此后,美國物理學(xué)家約翰.惠勒(John Archibald Wheeler)把這一奇異的天體命名為“黑洞”。因光線無法逃脫黑洞的吸引,人們一直也無法直接觀測到它,更不要說一窺它的“真容”,不過,“事件視界望遠(yuǎn)鏡”(簡稱“EHT”)研究項目的負(fù)責(zé)人宣布,他們將在北京時間今年4月10日晚9點(diǎn),公布人類拍攝到的首張黑洞照片。
(黑洞)
因為黑洞的特性,各式各樣的天文望遠(yuǎn)鏡無法直接的觀測黑洞,天文學(xué)家們不得不采用一種間接的方式來探尋黑洞,比如觀測黑洞的“吸積盤”和“噴流”。緊密的雙星系統(tǒng)中,質(zhì)量較大的恒星會演變?yōu)楹诙础⒍|(zhì)量較小的恒星則演變?yōu)椤凹t巨星”,黑洞會把紅巨星的氣體吸引到身邊,進(jìn)而產(chǎn)生了一個圍繞黑洞旋轉(zhuǎn)的氣體盤,這就是“吸積盤”。若黑洞吸積的氣體太多,尚未落入“事件視界”的一部分氣體會沿著旋轉(zhuǎn)的方向拋射而出,進(jìn)而生成了“噴流”。因為氣體高速運(yùn)動和相互摩擦?xí)a(chǎn)生光亮和輻射,所以“吸積盤”和“噴流”這兩種天文現(xiàn)象很容易被天文望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn),黑洞的藏身之處就暴露無遺了。
2017年4月5日至14日之間,全球30多個研究機(jī)構(gòu)的科學(xué)家們開展了一項前所未有的龐大觀測計劃,他們把8個射電望遠(yuǎn)鏡陣列(它們分布于全球的不同地區(qū))組成一個“虛擬望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)絡(luò)”,它就是“事件視界望遠(yuǎn)鏡”(Event Horizon Telescope,簡稱“EHT”),其有效口徑尺寸與地球直徑不相上下。
(黑洞)
通過甚長基線干涉測量技術(shù)(簡稱“VLBI”),科學(xué)家們使8個射電望遠(yuǎn)鏡陣列同時觀測一個天體,模擬一個巨型射電望遠(yuǎn)鏡的觀測效果——這一巨型射電望遠(yuǎn)鏡的口徑大小,取決于8個射電望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中最遠(yuǎn)的兩個望遠(yuǎn)鏡之間的距離,距離越遠(yuǎn)、口徑越大,而口徑越大、分辨率越高。最終,科學(xué)家們選定了銀河系中心的黑洞Sgr A和星系M87中的黑洞為拍攝對象,使用“事件視界望遠(yuǎn)鏡”對它們進(jìn)行了拍攝。
“沖洗”這些照片并不容易,科學(xué)家們需要處理海量的數(shù)據(jù)、也要克服一系列的技術(shù)難題,含辛茹苦的攻堅將近兩年的時間,他們才取得了這一劃時代的成果。這些照片將是黑洞存在的第一批直接證據(jù),永久性的載入科學(xué)史冊。
(黑洞)
小考題:你認(rèn)為黑洞是不是通往另一個宇宙的入口?歡迎你留言討論。
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