天文大咖詳解黑洞攝影秘籍 黑洞靚照是這樣誕生的

黑洞，宇宙中的當(dāng)紅“大咖”，天文學(xué)界、物理學(xué)界的“寵兒”。巨大的質(zhì)量、近乎于點的體積、吞噬一切的引力、無限高的時空曲率，就連光也無法逃脫它的“魔爪”。過去科學(xué)家如何確定黑洞的存在？大量黑洞候選體中，科學(xué)家為何會“相中”人馬座A*黑洞和M87星系中心黑洞進(jìn)行“拍照”？這張照片為啥沖洗了2年才面世？

連光都能吞噬如何看得見？“吃相太難看”黑洞現(xiàn)原形

“科學(xué)家可通過測量黑洞對周圍天體的作用和影響，如吸積盤、噴流現(xiàn)象等，間接觀測或推測黑洞的存在?！敝袊茖W(xué)院國家天文臺研究員茍利軍表示，物質(zhì)在被吞噬時，會沿螺旋狀軌道靠近并落入中心的黑洞，從而在黑洞周圍形成圓盤狀的吸積盤。在黑洞的引力下，吸積盤內(nèi)物質(zhì)落入黑洞的速度極快，物質(zhì)之間的摩擦使它被加熱至數(shù)十億度的高溫，從而發(fā)出輻射。

黑洞“吸食”周圍的天體物質(zhì)時，部分氣體在被“吃”之前會沿著旋軸的方向噴射出高能粒子，這便是噴流。

吸積盤和噴流都是宇宙中極為明亮的現(xiàn)象。1964年，美國科學(xué)家利用探空火箭在天鵝座區(qū)域偶然發(fā)現(xiàn)了一個非常明亮的X射線天體，科學(xué)家將其命名為“天鵝座X-1”。它成為了人類發(fā)現(xiàn)的第一個黑洞候選體。

如何給黑洞拍照？“巨無霸相機”口徑相當(dāng)于地球直徑

2017年4月5日，由分布在世界各地的8臺射電望遠(yuǎn)鏡同時對黑洞展開觀測，組成一臺巨大的虛擬望遠(yuǎn)鏡，其口徑相當(dāng)于地球直徑，分辨率大幅提升。用這一虛擬望遠(yuǎn)鏡“拍照”的重點對象是兩個黑洞，一個是位于銀河系中心的“人馬座A*”，另一個位于代號為M87的超巨橢圓星系中心。

“吸積盤的輻射主要是在可見光、紫外以及X射線波段?！逼埨娬f，但在吸積盤之外，黑洞周圍還會存在不少高速運動的自由電子，這些以接近光速的速度運動的電子在電磁場的作用下會產(chǎn)生射電波段的同步輻射，從而為事件視界望遠(yuǎn)鏡“拍照”創(chuàng)造了條件。

為何“沖洗”要花2年？數(shù)據(jù)量太大運算處理耗時長

“這類觀測的數(shù)據(jù)處理并非只用一套現(xiàn)成的方法。多臺望遠(yuǎn)鏡之間的鐘差、望遠(yuǎn)鏡自身狀態(tài)隨時間的微小改變等問題都會影響觀測精度。另一方面，‘拍照’對象黑洞本身也在不斷變化，科學(xué)家需要探索新方法對‘相機’進(jìn)行校準(zhǔn)，建立模型，以提升合成圖像的質(zhì)量和精度?！敝袊茖W(xué)院國家天文臺研究員陳學(xué)雷指出，數(shù)據(jù)處理過程中需要根據(jù)處理結(jié)果不斷調(diào)整運算方法進(jìn)行改進(jìn)，加之?dāng)?shù)據(jù)量巨大，因此用時很長。

事件視界望遠(yuǎn)鏡結(jié)合了多地的8臺射電望遠(yuǎn)鏡的信號

本版圖文據(jù)新華社科技日報新民晚報

制圖/方磊