首張圖片并非終點:黑洞研究將迎來黃金時代

  • 來源:新浪科技
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  • 日期:2019-04-17
   
        在歷史性地首次拍攝到黑洞圖像之后,事件視界望遠鏡(EHT)協作團隊的研究人員并不打算就此止步。  
  4月10日,這個國際合作團隊在全球多個地點同時宣布,他們已經拍攝到了M87星系中心超大質量黑洞的輪廓,這是人類歷史上第一張直接對黑洞觀測的天文影像。M87是一個巨大的橢圓星系,距離地球5500萬光年。這些輪廓線勾勒出黑洞的事件視界,這是一個時空的區隔界限,任何東西,甚至光線,都無法從事件視界內部逃脫。
  這一史詩般的成就進一步支持了愛因斯坦的廣義相對論,該理論將引力描述為時空扭曲的結果??蒲Ъ冶硎?,這些新公布的圖像應該有助于科學家更好地理解黑洞如何運作,以及那些最大的黑洞——比如擁有65億個太陽質量的M87超大質量黑洞——如何塑造它們的宿主星系的演化。
  但是,這并不意味著該項目的工作已經完成,事實上這才剛剛開始。正如哈佛大學和哈佛-史密森天體物理中心的事件視界望遠鏡項目負責人謝潑德·多爾曼(Sheperd Doeleman)在4月10日的新聞發布會上所說的,我們應該可以使用算法使現有的圖像變得更加銳利。
  另一方面,我們很快就能看到另一個黑洞。M87星系黑洞的圖像來自于2017年4月進行的為期一周的觀測活動,在此期間,研究人員還研究了位于銀河系中心的超大質量黑洞。這個黑洞被稱為人馬座A*(Sagittarius A*),其質量是太陽的430萬倍,距離地球約26000光年。我們有理由期待,事件視界望遠鏡對銀河系中心超大質量黑洞“拍攝”的圖像將帶來更多的精細。
  多爾曼表示,人馬座A*在短時間內的變化比M87黑洞更大,因此更難成像。但研究小組樂觀地認為,他們也能從數據中提取出人馬座A*事件視界的圖像。“我們不能做出任何保證,但我們希望很快就能實現,”多爾曼說道。
  事件視界望遠鏡項目團隊需要研究的不僅僅是2017年的數據,他們還在去年以更高的分辨率對兩個超大質量黑洞進行了為期一周的觀測。事件視界望遠鏡集成了世界各地的多個射電望遠鏡,形成了等效于地球大小的虛擬望遠鏡。要想“看到”這兩個超大質量黑洞,你就必須用這么大的望遠鏡。這兩個黑洞的密度大得令人難以置信,但體積在宇宙尺度上卻相當之小。
  在2017年的觀測中,6個不同地區的8臺射電望遠鏡組成了“事件視界超級望遠鏡”。在2018年的觀測活動中,協作團隊在格陵蘭島新增加了一臺望遠鏡,“這大大增加了我們對M87星系北側的覆蓋,”多爾曼說道。他還補充說,協作團隊不久還將整合亞利桑那州南部的基特峰上的另一臺射電望遠鏡。
  “這些都將提高成像的保真度,”多爾曼說,“他們會使我們試圖建造的虛擬望遠鏡更加強大。”到目前為止,事件視界望遠鏡只在一個波長——1.3毫米的光——上觀測黑洞,但該項目計劃在不久的將來開始研究0.87毫米的觀測波長,這應該會帶來更加精細的結果。
  “這聽起來似乎只是很小的提升,但它可以使角坐標分辨率——即分辨能力——提高30%以上,”多爾曼說,“所以,你只需要以更高的頻率進行觀測就能銳化獲得的圖像。”
  這些計劃都將在不久的將來實現。從長遠來看,協作團隊希望虛擬望遠鏡能包括一臺位于地球之外的射電望遠鏡。
  “在地球上占據優勢對我們來說是不夠的,我們還想進入太空,”多爾曼說,“如果我們能將一臺太空射電望遠鏡放在環繞地球的軌道上,它就能擴展出更大的虛擬望遠鏡,而且觀測速度會快得多。”進入太空將使事件視界望遠鏡捕捉到一些更令人難以置信的圖像。
  “我們可以拍攝電影而不只是照片,”多爾曼在上個月于德克薩斯州奧斯汀舉行的“西南偏南”(South by Southwest,簡稱SXSW)藝術節上說,“我們想把圍繞黑洞旋轉的物體實時拍成電影。這就是我們在未來十年想要做的。”
  有趣的是,這種大規模望遠鏡擴展面臨的最大障礙可能是數據傳輸。每個事件視界望遠鏡天線在觀測運行過程中收集了如此多的數據,以至于必須使用物理運輸手段(如空運)將硬盤驅動器從望遠鏡現場送到中央處理機構,因為網絡傳輸的速度太慢了。亞利桑那大學的EHT項目科學家普索爾特斯(Dimitrios Psaltis)表示,目前還不清楚項目團隊將如何從太空中獲取數據。
  事件視界望遠鏡項目并不是唯一在黑洞探索上具有重要意義的項目。美國國家航空航天局(NASA)的核光譜望遠鏡陣列(NuSTAR)正在搜尋宇宙深處質量超過太陽10億倍的超大質量黑洞。激光干涉儀引力波天文臺(LIGO)已經探測到由相對較小的黑洞合并產生的時空漣漪,這些黑洞的質量只有太陽的幾十倍。
  未來的項目,比如歐洲空間局(ESA)計劃于本世紀30年代中期發射的激光干涉儀空間天線(Laser Interferometer Space Antenna,簡稱LISA)任務,將致力于觀測超大質量黑洞合并產生的引力波。
       哈佛大學天文系主任、該??繆Э?ldquo;黑洞計劃”(Black Hole Initiative)創始主任阿維•勒布(Avi Loeb)并未參與事件視界望遠鏡項目,他表示,黑洞研究即將迎來一個黃金時代。“在研究超大質量黑洞附近的環境時,有許多方法可以相互補充,”他說,“我們可以發現很多有趣的東西。”