“第一張黑洞照片與引力波的發現同等重要,可能會拿諾貝爾獎”

發布時間:2019-04-11

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“愛因斯坦是對的,他在一百多年前提出的廣義相對論經受住了考驗。”人類歷史首張黑洞照片驚艷亮相后,參與了這一工作的中科院上海天文臺臺長沈志強感慨地說,盡管黑洞很多年前從數學上就可以得到解,但直到上世紀60年代,科學家才真正覺得可以去找尋黑洞,并一步步逼近了真相,“廣義相對論需要在極端環境下檢驗,而最極端的環境就是黑洞周圍。”

“第一張黑洞照片與引力波的發現同等重要,都是對廣義相對論的驗證,可能會拿諾貝爾獎。”中科院上海天文臺副臺長袁峰在接受解放日報·上觀新聞記者專訪時說。

“這將會是被歷史銘記的一刻。”沈志強說,科學家之前曾預言黑洞的三個特點:質量、自轉和是否帶有電荷,如今現實與預言完美地重合了。這要感謝甚長基線干涉測量技術(VLBI)的發展,8臺亞毫米射電望遠鏡相當于構建了一個1萬多公里口徑的望遠鏡(也稱事件視界望遠鏡)。盡管使用的VLBI技術并沒有本質變化,但對于黑洞的拍攝來說,確實要求非常高。在海平面低的地方難以開展拍攝,必須到空氣稀薄的高山上,因而也面臨很多技術挑戰。“給黑洞拍照的分辨率,相當于從地球看月亮上的一個橘子,或者說是坐在紐約咖啡館里可以看到巴黎的一張報紙。”沈志強說,望遠鏡是個拋物面,如果拋物面精度不高,拍出來的照片就不理想。事件視界望遠鏡為此提升了10倍觀測能力,偏差只有幾十個微米。

其實黑洞照片的拍攝工作兩年前就完成了,從2017年4月5日至14日,事件視界望遠鏡對銀河系中心和星系M87(距離地球5500萬光年)中央的超大質量黑洞進行了拍攝。之所以選擇這兩個黑洞,是因為這兩個黑洞的張角最大,容易觀測到細節。“觀測的時候天氣特別好,這也是成功的因素之一。”

為何黑洞照片的“沖洗”花了這么長時間?沈志強說,這主要是為了確保照片的真實性和可靠性,要得到一個無可置疑的結果,因此花費了大量時間去比較分析。黑洞的圖像為何如此重要?據介紹,早期用3個望遠鏡也曾觀測過黑洞,但得不到完整的圖像。盡管之前根據牛頓動力學,也能推測出黑洞的質量,但剛剛公布的這個黑洞質量是完全測量出來的,沒有假設。

黑洞照片是怎么“沖洗”出來的?中科院上海天文臺研究員路如森說,黑洞本身不發光,但周圍氣體會發光。這就好比把不同頻率的音符譜成樂曲,只需把不同頻率的黑洞成分測量出來,就可以重建還原圖像了。

有了照片對于黑洞的研究是否有幫助呢?沈志強表示信心更足了,此次被拍攝的黑洞在1.3毫米波段,如今正在測試0.8毫米波段,未來將有更多關于黑洞的驚喜帶給大家。

“在4千米高山上,呼吸都困難,我們要搬運各種儀器,為了校準信號經常通宵工作。”路如森回憶了他之前在夏威夷工作時的情景。黑洞照片是國際大科學合作計劃的結晶,全球有200多位科研人員參與了這一項目,其中中國大陸學者16人,分別來自上海天文臺8人,云南天文臺1人,高能物理所1人,南京大學2人,北京大學2人,中國科學技術大學1人,華中科技大學1人。另外,還有部分來自中國臺灣地區的學者。

沈志強介紹,上海雖然沒有望遠鏡直接進行此次黑洞觀測,但上海天文臺的科研人員不僅在相關理論解釋中做出了國際性工作,還派人去夏威夷和西班牙協助觀測。VLBI技術于1967年首次在國外試驗成功,上海天文臺1971年就提出了研制VLBI技術的計劃,成為國內最早推動并主導VLBI技術的科研機構。

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