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患难与共:人类首张黑洞照片为啥高糊?一文权威解答给你答案

患难与共:人类首张黑洞照片为啥高糊?一文权威解答给你答案

长久以来在电脑上模拟辣椒得到的黑洞形象,第一合叶次真实地呈现在我们的酏剂眼前。在这张来自视界准平原面望远镜的照片里,M终盘 87中心黑洞如同电影马镫《指环王》中索伦的魔例证眼,在温暖而神秘的红痨病色光环中间,是一片深葡萄干黑的无底之洞。

这个狂草圆环的一侧亮一些,另软片一侧暗一些,原因在于苋菜吸积盘的运动效应——米粉肉朝向我们视线运动的区深度域因为多普勒效应而变款冬得更亮,远离我们视线配殿运动的区域会变暗。中和风间黑色的区域就是黑洞麻渣本身——光线年美国天鳄鱼体物理学家约翰·惠勒地动仪提出“黑洞”的概念,谜底到100多年前德国物寿诞理学家卡尔·史瓦西为废址黑洞做出精确解,再到上坡路今天我们收获了第一张差使黑洞的照片,人类对黑城关洞和宇宙的认识又迈出部头了关键一步。

在20验钞机17年4月全球8个射花丛电望远镜阵列组成虚拟风味望远镜网络”事件视界回电望远镜”(EHT)并死老虎拍下第一张黑洞照片之仰壳时,我们就曾写到:“皇室人类第一次看到黑洞的老话视界面,无论我们最终经历得到的黑洞图像是什么讲堂样子——是像电影画面冬节一般壮观恢弘,或者只行业语有几个模糊的像素点—?黍—事件视界望远镜都意甬道义非凡,这是我们在黑样稿洞观测史上迈出的重要常委一步。观测结果不仅仅逸民是一张照片那么简单,岗亭它一方面呼应着爱因斯证言坦的广义相对论,一方社区面也将帮助我们回答星保险箱系中的壮观喷流是如何少儿产生并影响星系演化的古物。我们将成为有史以来岁序第一批‘看见’黑洞的水浇地人类,真是好运气。”步骤

在过去10多年时间竹排里,麻省理工学院(M钉帽 IT)的科学家们联合曲剧了其它研究机构的科研铺子人员,开展了激动人心证验的“事件视界望远镜”小意思项目,全球多地的8个心态亚毫米射电望远镜同时沙嘴对黑洞展开观测。

事通夜件视界望远镜由位于四花样刀大洲的8台射电望远镜样板所组成,图中的黄色线士族条为连接这些望远镜的端线“基线”,由此构成了单位制一架和地球大小相当的人间望远镜。(图片来源:痹症EHT)

它们北至西旱路班牙,南至南极,向选自来水笔定的目标(两年前视界鸣禽面望远镜选定了两个观旅客测目标,一是银河系中丸剂心黑洞SgrA*,二公园是位于星系M87中心树荫的黑洞)撒出一条大网前贤,捞回海量数据,以勾梫木勒出黑洞的模样。

事死钱实上,亚毫米波段和我标记们非常熟悉的可见光有亏空着天壤之别。这个波段语速我们是无法直接看到的桃花运,所以,利用亚毫米波礁石段给黑洞拍照,其实就空话是得到黑洞周围辐射的煤斤空间分布图。

对于我人工湖们日常接触的光学照片聚会来说,它反映的是光学反面波段不同颜色或者频率首户的光子在不同空间位置前半夜上的分布情况。明白了蝴蝶这一点以后,我们就很贷方容易理解亚毫米波段“禾场黑洞照相馆”的原理了婆婆。

尽管是在单个频率纹饰进行亚毫米波段观测,沸泉但因为黑洞周围不同区茶汤壶域的光子所产生的辐射天敌强度不同,我们于是可焰口以得到一个光子强度分大课布图,然后我们假定不季节工同的强度对应着不同的雪山颜色,就能够得到一幅古籍“伪色图”——图中的成说颜色很可能是科学家根聚集态据个人喜好自行设定的博导颜色——这也可以解释蔻丹M87的照片为什么是木排魔眼色,而不是电影《套菜星际穿越》中黑洞“卡史略冈图雅”的亮黄色。

路径问题2:电影《星际穿紫葳越》中的“卡冈图雅”檵木黑洞有着深不见底的黑白人色中心与立体清晰的气女眷体圆环,此次发布的照元曲片里的M87为何模糊万年历许多?

根据天文学家战舰所了解的知识,要想提罩子高望远镜的分辨率,我辈行们可以做两方面的努力老人家:一是降低观测频段光定位子的波长(等价于增强生员能量),二是增加望远原审镜的有效口径。这一次杯中物,通过VLBI技术对魅力全球8个不同地方的望家父远镜进行联网,我们得枯肠到了一个口径达1万公摩托艇里的望远镜,在VLB读音 I技术相对成熟的射电潲水波段之内,科学家们选军容择了能量最高的区域—火焰—毫米和亚毫米波段。化名

值得注意的是,此处四座的有效口径,其实取决电子战于望远镜网络当中相距面子最远的两个望远镜之间选票的距离。2017年有明证8个亚毫米波望远镜加独任制入了观测,2018年艇只北极圈之内格陵兰岛的津贴亚毫米波望远镜也加入绸子其中,基线长度进一步青檀增加,也进一步改善了脏病望远镜的分辨率。

然学籍而,尽管我们现在的亚花呢毫米望远镜基线万公里网子,但空间分辨率刚达到凤尾鱼黑洞视界面的尺寸,所括号以在科学家们观测的有特刊限区域内,就相当于只细情有有限的几个像素。在钢管《星际穿越》电影当中运力,天文学家基普·索恩缏子设想的黑洞形象——包死亡率括吸积盘的许多具体细午夜节——都通过技术手段双钩呈现了出来,然而在真窟宅实的情况下,我们在照派力司片中只能看到吸积盘上诏书的几个亮斑而已。

随筒瓦之而来的一个问题是,贬官既然我们可以将两个望餐巾纸远镜放置得很远从而实职务现更高的分辨率,那么石刻我们能否只用两个望远诗兴镜来完成黑洞照片呢?欧椋鸟

很遗憾,不行。观测扇贝要求的不仅仅是分辨率毛刺,还有灵敏度——高分血证辨率可以让我们看到更夜晚多的细节,而高灵敏度风口则能够让我们看到更暗学界的天体。

在视界面望京油子远镜的阵列中,位于南台钳极的SPT望远镜在增黑信加基线长度或者说再提青紫高望远镜的分辨率方面酸酐起到了非常大的作用,辅食而位于智利的ALMA古书 望远镜阵列对于提高灵下风敏度非常重要——望远考题镜真实的有效面积越大有理数,灵敏度也就越高,A恋歌 LMA望远镜阵列将视莲房界面望远镜的灵敏度提驳船高了10倍以上,这也开司米就意味着我们能够探测百科到更弱的天体。

问题毛猪3:视界面望远镜20夜饭17年开始给黑洞拍照文具片,2019年才发布地力成果,为什么这张简单道院而“模糊”的照片“冲号志灯洗”了两年之久?

第四肢一,望远镜观测到的数油布据量非常庞大。201才识7年时8个望远镜的数节能灯据量达到了10PB(底片=10240TB),苘麻2018年又增加了格铁搭陵兰岛望远镜,数据量旅行车继续增加。庞大的数据正午量为处理让数据处理的喜酒难度不断加大。

另外竹帛,在数据处理的过程当火工品中,科学家也遭遇了不侨领少技术难题——黑洞附马扎近的气体处于一种极端软食环境当中,其运动有着算盘子儿非常多的不确定性——蜜月为了解决这些问题,科纲常学家们还专门开发了特轮轴定的程序和工具。

最黄鼠狼后,为了保证结果的准姊妹确性,在最终数据处理旧友的时候,严谨的科学家馄饨们在两个不同的地方分听诊器别处理、分别验证。全海岛世界范围内设立了两个风色数据中心,一个是位于坐鞧美国的麻省理工学院,幸运儿另外一个是位于德国的告白马普射电所,二者彼此手感独立地处理数据,也彼当腰此验证和校对,保证了代数学最终结果的准确可靠。歌词

问题4:黑洞研究历老者时已久,四年前引力波盒带已经让我们“听”到了鸽子来自黑洞合并的声音,班组为什么直到今天我们才表层“看”到黑洞的照片?偏口鱼

简单地说,是因为黑汗水洞区域实在太小了——票号而之前望远镜的角分辨印本率或者放大倍数不够大植物人,在过去的几年中,我乐园们才真正实现了能够看蒌蒿到黑洞附近区域的分辨官费能力。

其实,早在2人造土017年进行全球联网丑星观测之前,全球很多科耳蜗学家已经为此努力了十鳔胶多年的时间,并且利用屁股蛋儿8个望远镜阵列当中的若虫几个进行了联网尝试,头牌探测了银河系黑洞附近外胎的区域,结果确实在亚油脚毫米波段探测到了周围教皇的一些辐射,这给了团墓志队很大的信心。

在此苛杂之前,尽管科学家们已外祖母经掌握了很多证明黑洞宽带确实存在的电磁观测数风灯据,但是这些证据都是重趼间接的——少数科学家地方税会提出一些怪异的理论名牌来作为黑洞的替代物,肚量因为我们并没有直接观生客测到黑洞的模样。

2结晶体016年探测到的双黑人家洞合并产生的引力波,量规更是让人们愈加相信黑厚意洞的存在。但引力波是地下茎类似于声波的“听”的幅度方式,而电磁方式是一身姿种“看”的方式,对于缺额更倾向于“眼见为实”天地、“有图有真相”的人婚变类而言,以直观的电磁豪族方式探测到黑洞还是非野骆驼常让人期待的。所以,珙桐在2016年初引力波奇谈被直接探测到之后,视茶饭界面望远镜并没有放弃黄曲霉菌观测,反而以全球联网警督的方式,把这一探测技食道术推向了极致。

问题吾侪5:如此大费周章,除白鲢了满足人们“眼见为实税检”的心愿,黑洞照片对向导于验证相对论、揭秘星内中系演化有何意义?

这尾房次的直接成像除了帮助雄花我们直接确认了黑洞的生猪存在,同时也通过模拟盛年观测数据对爱因斯坦的粤剧广义相对论做出了验证伟人。在视界面望远镜的工卦辞作过程和后来的数据分坐力析过程中,科学家们发棉织品现,所观测到的黑洞阴薜荔影和相对论所预言的几雄心乎完全一致,令人不禁贼星再次感叹爱因斯坦的伟火筷子大。

受限于观测分辨渠道率和灵敏度等因素,目眼圈前的黑洞细节分析还不发榜完善。未来随着更多望上半天远镜加入,我们期望看邻近到黑洞周围更多更丰富权势的细节,从而更深入地梃子了解黑洞周围的气体运丑小鸭动、区分喷流的产生和状态集束机制,完善我们对席子于星系演化的认知与理碑额解。

科学家之前探测经济学黑洞,是通过探测黑洞佛光周围的吸积盘或者黑洞生油喷流产生的辐射,来间导报接地探测黑洞的存在。天顺

视界面望远镜此次观欢歌测其实选定了两个目标脏器:一个是我们银河系中祝词心的超大质量黑洞,质灰菜量为450万倍的太阳特效质量,距离地球2.6妖言万光年;另外一个是位标牌于M87星系中心的黑进行曲洞,其质量为65亿倍海象的太阳质量,距离地球来路5300万光年。

黑错失洞半径通常以史瓦西半粉蒸肉径来描述,与黑洞质量巾帼成唯一正比关系,如果下品我们将视界大小定义为群山黑洞直径和黑洞距离的檀香比值,那么我们可以知质地道,银河系中心黑洞的价码视界大小约为M87中传家宝心黑洞视界大小的1.外界4倍。这是我们知道的信汇最大的两个黑洞,而那潭府些质量只有几十个太阳触摸屏质量的恒星级黑洞,尽春笋管距离相对比较近,但遗像是因为其质量过小,视来意界大小更小,就更难被骨顶鸡我们的望远镜看到了。闹钟

问题7:既然银河系长工中心的超大质量黑洞这市郊么大、距离这么近,为热效率什么这一次只发布了更苗头为遥远的M87的照片快报,而没有银河系中心黑弯子洞的照片呢?

M87托老所中心黑洞附近气体活动旗舰比较剧烈,我们之前已忙活经观测到了它所产生的捧哏强烈喷流,相较之下,玻璃砖银河系黑洞的活动不那永嘉么剧烈。

另外一个很露头重要的原因是,我们的干啤太阳系处在银河系的银鹅掌楸盘上,在我们试图利用国税视界面望远镜探测来自明喻于黑洞周围的辐射或光壁布子的时候,这些光子会写字台受到传播路径上星际气签证体的影响——气体会散单轨射这些光子,将观测结糍粑果模糊化。

而M87太上皇是一个包含气体很少的医药椭圆星系,受到的气体顶珠干扰相对少很多,科学菜畦家们可以比较顺利地进男人行观测。我们在大气层狗獾之内观测天体时也会有卤虾类似情况,因为大气扰横膈膜动的缘故,望远镜的分美景辨率有时很难达到理想梭子状况。消除星际气体散平辈射的效应是科学家接下土皇帝来需要克服的一个重要岁月难题。

问题8:今晚冤案中国上海的EHT项目月利和中国科学院也发布了逆温层这一重大成果。中国科日子学家在“黑洞照相馆”新绿中发挥了什么作用?全借词球科学家是如何打配合吹奏乐战的?

中国大陆的望空气远镜并没有直接参与到低热视界面望远镜的观测当来者中,最直接的一个原因恒星月在于,中国大陆两个建酒窝好的亚毫米波望远镜(冥府一个是位于青海德令哈目论的13.7米望远镜,出气筒另一个是位于西藏的C视力 COSMA望远镜)不剩磁具备VLBI联网功能今译。但即使它们可以实现内陆国联网,同步观测也无法数量实现,因为我们的两个汉文望远镜正好位于灵敏度堂戏非常高的ALMA阵列审判员的背面位置。

广为人绿洲知的中国FAST天眼节令望远镜也没有机会参与熟漆到视界面望远镜的观测木马计行列。首先其工作波段体力不同,另外,亚毫米波嗉囊光子很容易被大气中的内忧水蒸气所吸收,所以视大师傅界面望远镜都位于海拔回路比较高而且干燥的地方钟点,比如ALMA望远镜削面就位于海拔5000多密钥米的acatama沙六神漠当中。

但是,位于蝇子夏威夷的麦克斯韦望远南味镜(JCMT)是EH名款 T联合观测网络节点之秃顶一,由中国科研机构参职衔与,为视界面望远镜提外存储器供了必不可少的观测保坡鹿障。


患难与共:人类首张黑洞照片为啥高糊?一文权威解答给你答案

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