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      黑洞照片用什么拍的?普通相機也能拍攝超過100 億像素的照片

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      黑洞照片用什么拍的?普通相機也能拍攝超過100 億像素的照片

      2019/04/13

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      首張黑洞照片揭曉,人類第一次看到黑洞的視界面!它由有效口徑相當于地球直徑的望遠鏡陣列觀測到,經過2年“沖洗”完成。

      北京時間4月10日21點整,天文學家召開全球新聞發布會,宣布首次直接拍攝到黑洞的照片。這張照片來之不易,為了得到這張照片,天文學家動用了遍布全球的8個毫米/亞毫米波射電望遠鏡,組成了一個所謂的“事件視界望遠鏡”(Event Horizon Telescope,縮寫EHT)。

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      這顆黑洞位于代號為M87的星系當中,距離地球5300萬光年之遙,質量相當于60億顆太陽。


      大家在平時閱讀科學新聞、科普書籍以及觀看科幻電影的時候,也經常能看到黑洞的樣子,但其實都是根據科學理論推測出來的,并非直接觀測。2014年,由諾蘭執導的科幻電影《星際穿越》大熱,在這部影片中,光環籠罩下的超大質量黑洞——“卡岡圖亞“(Gargantua)令人心生敬畏,這里的黑洞形象是使用計算機模擬出來的。在著名理論物理學家吉普·索恩的指導下,這里的模擬已經非常接近真實了,但畢竟還是模擬,這次是玩真的了。

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      為什么能給不發光的黑洞拍照?

      這些年,黑洞這個名詞頻頻出現在媒體報道中,想必很多人都已經對它有些了解。恒星級質量的黑洞是由大質量恒星演化到末期核心發生引力坍縮而成。中等質量黑洞和大質量黑洞的形成的具體方式目前還沒有定論:可能是由小黑洞合并形成,也可能是由黑洞通過吞噬物質逐漸形成,還可能是由大量氣體物質直接坍縮形成。

      黑洞給人印象最深刻的印象就是吞噬一切,甚至光線。如果是孤零零的黑洞,我們真的是沒辦法采用電磁波手段進行拍攝了。

      給黑洞拍照的目的是什么?

      通過對黑洞的直接觀測,科學家希望能夠在更強引力場環境下檢驗廣義相對論,直接驗證事件視界的存在,研究黑洞邊緣上的吸積和噴流行為,以及基礎的黑洞物理等。

      我們知道,愛因斯坦的廣義相對論通過了一次次的檢驗,從星光通過太陽的偏折角度到太空中的引力透鏡,從光線掙脫白矮星的引力約束出現的紅移到水星的近日點異常進動,從雷達回波延遲到脈沖雙星輻射引力波出現的軌道周期變短等等。但這些檢驗都還沒有深入到像黑洞視界邊緣這樣的更極端的引力環境中檢驗。因此,科學家利用事件視界望遠鏡通過對黑洞視界邊緣直接觀測,看看廣義相對論是否仍然有效。

      當然,自從2015年人類首次直接探測到黑洞合并發出的引力波以來,已經探測到了10對黑洞和1對中子星的碰撞,這些引力波攜帶的信息與廣義相對論符合得也很好。我們對廣義相對論還是非常有信心的。

      廣義相對論預測,物質落入黑洞時發出的部分光子會圍繞在黑洞邊緣,加上引力透鏡效應,會形成一個明亮的光環,勾勒出中心黑洞的輪廓,猶如黑洞的剪影。

      黑洞輪廓的大小和形狀可以從廣義相對論引力場方程計算出來,這取決于黑洞的質量和角動量。我們通常說黑洞有“三根毛”,指的是質量、角動量和電荷,但電荷通常忽略不計。廣義相對論預言,黑洞陰影的形狀基本上呈圓形,但其他版本的引力理論卻預言了稍微不同的形狀。因此,這次可通過直接觀測來驗證廣義相對論。

      #黑洞照片發布三大難點#:

        (1)數據運輸花了很長時間,最后用飛機花了幾個月運輸千萬億大小字節的數據;

        (2)對校準非常小心,觀測所有黑洞在本質上起重要作用的小碰撞和擺動;

        (3)內部設立獨立審查小組處理所有數據。

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