钱江晚报·小时新闻记者李玲玲章咪佳综合报道
对于黑洞研究而言,称得上是个丰收年。
还记得这张照片吗?当时一度有网友调侃称,一个拍糊的甜甜圈啊。
这是人类历史上第一张黑洞照。
今年4月10日(北京时间10日21时),事件视界望远镜组织(EventHorizonTelescopeCollaboration,以下简称EHT)在美国华盛顿,比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海和台北、日本东京等世界六地同步发布这张人类期待已久的照片。
当时,全球科学家祝贺这一伟大进步。
这一重大科学成果由全球多国科研人员历经数年合作完成。那么,这张照片在科学上有多重要?拍到黑洞照片有多难?
两百多年前,就有科研人员设想宇宙中存在一种质量巨大、引力强到连光也无法逃脱的天体。爱因斯坦在一百多年前提出的广义相对论,可用于计算出这种天体的若干性质。但黑洞作为一个科学术语,直到20世纪60年代才由美国天体物理学家约翰·惠勒提出。
几十年来,黑洞引发人们无数遐想,但没有人知道它的真正模样。正因为这个,第一张黑洞照片才备受期待,被誉为“非凡的科研成果”,是天文学上的“重要里程碑”,“具有历史性意义”。
由于光线无法逃出黑洞,科研人员要拍的实际上是黑洞产生的“阴影”以及周围的吸积盘等,从而描绘出黑洞的轮廓。此次拍照的一个目标是代号为M87的超巨椭圆星系中心黑洞,它的质量是太阳的65亿倍,但离我们实在太远,达到万光年。
要拍摄这么远的对象,科学家模拟出口径像地球一样大的望远镜,这就是“事件视界望远镜”,它集合了分布在全球各地的多个射电望远镜。从智利阿塔卡马沙漠到南极冰原,从西班牙的高山到夏威夷的海岛,8个射电望远镜通过“甚长基线干涉测量技术”联合起来,成功拍到人类历史上第一张黑洞照片。
经大约两年的数据处理及理论分析,照片才成功“冲洗”出来。照片展示了一个中心黑色的明亮环状结构,有点像甜甜圈,也与此前科幻电影《星际穿越》科学顾问根据相对论等模拟的黑洞图片相似。“事件视界望远镜”项目专家认为,与理论预测一致,这也证明拍到的就是黑洞。
在所有对黑洞外观的预言中,被公认最形象的,是电影《星际穿越》中的那个卡冈图雅黑洞的样子。
电影中的黑洞
电影中的黑洞也是美得让人窒息。但为什么第一张黑洞照片是这样子的呢?
新华社曾采访了世界级科学大咖基普·索恩进行解释。因为他是拿到诺贝尔物理学奖的国际知名物理学家,人类首次探测引力波的绝对主力和“灵魂人物”;也是科幻作家和科幻电影编剧,为《星际穿越》担任科学顾问,影片中的黑洞就是他主导设计的!
为什么黑洞照片拍“糊”了?
一句话,相机“不行”。
索恩解释说,“模糊是因为(事件视界)望远镜的分辨率还不够好。”
为什么首张黑洞照片中的光线比《星际穿越》中黑洞光线弱这么多?
一句话,还是相机“不行”。
索恩解释说,电影中“卡冈图雅”黑洞的强光来自拍电影时IMAX相机镜头中模拟的光散射。而对黑洞的真实观测可没有拍电影这么好的条件,“事件视界望远镜”中没有IMAX相机那样的光散射。
为什么电影中的黑洞中间有一条亮带,但首张“证件照”里没有?
一句话,此洞非彼洞。
电影中设定的“卡冈图雅”黑洞与真实M87星系黑洞本身就有不同。最大的不同在于二者的吸积盘厚薄程度等特性有差异,这可以部分解释为什么“卡冈图雅”黑洞图像的中心有一条亮带。
索恩说,“卡冈图雅”黑洞周围发出辐射的吸积盘在物理上非常薄,但在光学上看却非常厚,辐射不能穿越它;而M87星系黑洞却相反,其吸积盘在物理上非常厚,但在光学上看很薄,辐射可以基本不受阻碍地穿过它。