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天文学家有一个大胆的计划:拍摄我们星系中心的黑洞

来源:天文在线    2021-05-12  赞(3)  评论(0)

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在去年4月,一个国际科学家团队首次捕捉到了黑洞的照片。到了9月,他们获得了300万美元的突破奖。但这项研究远未完成。

接下来,活动视界望远镜(EHT)背后的团队正在计划电影处女秀,主题为银河系中心的超大质量黑洞。

这个新项目被称为下一代EHT (ngEHT),旨在捕捉银河系黑洞的实时视频,用于观察其行为及它如何改变其环境。

 

“我们可以实时看到黑洞的演变,”全球EHT团队的负责人、天文学家谢普·多尔曼(Shep Doeleman)告诉天文在线。

“然后我们就能了解它是如何发射这些来自南极和北极的喷气机的。我们可以看到它是如何随着星系演化的。我们甚至可以用完全不同的方式来测试爱因斯坦的引力,方法是观察黑洞周围物质的轨道——不是光,而是物质。”

视频可以捕捉黑洞是如何吞噬大型物体的

去年4月发表的这张开创性照片中的黑洞被称为M87

在上图中,黄红相间的环状物是吸积盘——一团由死去的恒星、行星和其他天体的超高温气体和尘埃组成的旋转物质。在M87的例子中,这个圆盘比我们整个太阳系还要大。

圆盘内的黑暗就是视界——黑洞的引力强大到连光都无法以足够快的速度逃逸的那一点。(当然,由于缺乏光线,拍摄黑洞变得极为困难。)

“它告诉了我们很多,”Doeleman这样评价这张照片。

“它告诉我们,黑洞周围存在着接近光速的气体在运动。它告诉我们黑洞在空间中的方向。它证实了爱因斯坦的引力理论非常接近黑洞边界。一旦你有了这样一个工具,你就能了解宇宙的内部运作,那么你马上就会想要做更多的事儿。”

这就是为什么ngEHT团队把他们的全球望远镜网络转回到M87,以及我们星系中心的黑洞。

视界望远镜是由世界各地的天文台组成的。通过共同工作,它们可以作为一个地球大小的单一“虚拟”望远镜。

该组织正在努力为该网络增加更多的望远镜,并利用新的计算机技术来处理这些望远镜10倍以上的数据。通过这样做,他们认为他们可以在大约五年内捕捉到两个黑洞的视频。

Doeleman希望最终这些视频能够揭示静态图像所不能揭示的东西:黑洞是如何吞噬物质的。

艺术家的印象——一个快速旋转的超大质量黑洞周围的吸积盘。

目前,科学家可以判断遥远的黑洞什么时候吃了什么大东西(比如一颗恒星),因为这些事件发出的强烈光线最终会到达地球上的望远镜。Doeleman认为视频可以实时捕捉这些事件的发生。

“想象一下,你可以在其中一个活动期间看到黑洞。你会确切地观察到发射的光线来从哪里来,”他说。“了解这些事情是如何发生的——它告诉我们关于黑洞动力学的一切以及它们是如何产生的。”

我们银河系的黑洞是完美的电影明星

EHT团队拍摄的黑洞M87,它的质量相当于65亿个太阳。银河系中心的黑洞人马座A*(发音为“A-star”)或Sgr A*的质量要小得多;大约相当于400万个太阳。

这意味着Sgr A*吸收的物质更少,这使得它的吸积盘比M87的吸积盘小得多。正因为如此,使物质环绕黑洞的速度要快得多,它完成轨道只需几小时,同样的情况发生在M87上则需要几周。

图解:美国宇航局钱德拉x射线天文台拍摄到的人马座A*。椭圆表示光的回声。(NASA)

“因此,就观察M87黑洞而言,你可能一星期、一星期地观察它,并看不出太多的不同,”Doeleman说。

正因为如此,拍摄M87的计划包括拍摄几个月的延时视频。这应该足够让物质绕黑洞旋转几圈了。

另一方面,EHT团队希望获得Sgr A*的实时画面,因为它随着周围物体的移动变化得更快、更明显。

“[Sgr A*]非常活跃,观测一个晚上,你可能就会看到该黑洞周围有八到九个物质轨道,”Doeleman说。

最终,他希望能让公众看到几个小时的银河系黑洞的影像。

扩大全球望远镜网络,制作更好的视频

图解:所有参与地平线望远镜合作的天文台。(ESO / O。Furtak)

世界上的8个望远镜共同创造了第一张黑洞的照片。

Doeleman说,ngEHT团队计划在2020年将该网络扩大到包括11个望远镜。然后在四年后,他们计划起草一份提案,建立新的天线投入使用。他们不需要新的天线来拍摄黑洞,但是可以用来扩大网络,以提高视频质量。

“在未来五年左右的时间里,我们很有可能开始制作基础电影。这些电影可能是不流畅的,可能是低分辨率的,但它们将是第一步,”Doeleman说。

他补充道:“当我们有20根天线时,这将是一个巨大的飞跃。这将给我们带来我们想要制作的高保真电影。”

这颗位于行星轨道上的太空望远镜最终会让我们看到他们拍到的画面,使得这架联合望远镜的视野甚至比地球还要广阔。

Doeleman将这一过程比作好莱坞电影的演变。即使是质量最差的电影一开始看起来也很惊人,但是电影技术一直在进步。

“现在,许多初出茅庐的年轻科学家已经对这第一张图片有了初步的了解,”他说。“我们正在开发一个新领域,它将会成长,并在未来几年变得更好。”

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. MORGAN MCFALL-JOHNSEN, BUSINESS INSIDER-言雨非

翻译:天文志愿文章组-言雨非

审核:天文志愿文章组-

终审:天文志愿文章组-PN结

排版:天文志愿文章组-零度星系

美观:天文志愿文章组-

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

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