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发现黑洞的科学家 人类史上第一张黑洞照片( 二 )

科学家们在银河系发现和确认了20多个太阳级质量黑洞 ， 菜叶网 ， 但可能有上千万个太阳级黑洞候选体 。
沈志强说：“宇宙每个宇宙岛中心都有一个超大质量的黑洞 。我们居住的银河系中心就有一颗 ， 它的质量大约是太阳质量的400多万倍 。除此之外 ， 银河系还有很多太阳级黑洞 。”
这些神奇的黑洞和宇宙的诞生和演化有何关系？它和所在的宇宙岛之间又有什么关系？它又和我们人类有什么关系 ， 会不会对我们的生活产生影响？……为了更准确清晰地解答这些问题 ， 科学家们想直接“看”到黑洞 。
准备“相机”
广义相对论预言 ， 虽然黑洞本身不发光 ， 但因为黑洞的存在 ， 周围时空弯曲 ， 气体被吸引下落 。气体下落至黑洞的过程中 ， 引力能转化为光和热 ， 因此气体被加热至数十亿度 。黑洞就像沉醉在一片类似发光气体的璀璨区域内 ， 事件视界看起来就像阴影 ， 阴影周围环绕着一个由吸积或喷流辐射造成的如新月状的光环 。
爱因斯坦的广义相对论已预测过这个“阴影”的存在 ， 以及它的大小和形状 。科学家们期望这次能直接捕获到这个黑洞“阴影”的图像 。中国科学院上海天文台研究员路如森说：“对黑洞阴影的成像将能提供黑洞存在的直接‘视觉’证据 。”路如森说：“这就必须要保证望远镜足够灵敏 ， 能分辨的详情足够小 ， 从而能保证看得到和看得清 。”但满足上述所有条件 ， 望远镜的口径需要像地球大小 。然而 ， 目前地球上已有的单个望远镜最大口径也只有500米 。那该如何办？聪慧的天文学家们想到了一个好办法——搞强强联合 。
把地球上现有的一些望远镜“组合”起来 ， 就能够形成一个口径如地球大小的“虚拟”望远镜,其所达到的灵敏度和分辨本领都是前所未有的 。于是 ， 全球超过200名科学家达成了“事件视界望远镜”（EHT）这一重大国际合作计划 ， 决定利用甚长基线干涉测量技术 。
沈志强说：“就是利用多个位于不同地方的望远镜在同一时间进行联合观测 ， 最终将数据进行相关性分析之后合并 ， 这一技术在射电波段已相当成熟 。”最后 ， 科学家们选定了来自全球多地的包括南极洲望远镜等8个亚毫米射电望远镜 。路如森说：“它们多数都是单一望远镜 ， 比如夏威夷的JCMT和南极洲望远镜 。也有望远镜阵列 ， 比如ALMA望远镜是由70多个小望远镜构成 。”
选定目标
在组建大型虚拟望远镜的同时 ， 科学家们也在寻找着合适的拍摄目标 。黑洞剪影和周围环绕的新月般光环是非常非常小的 。在拍照设备能力有限的情况下 ， 要想拍摄到黑洞照片 ， 必须找到一个看起来角直径足够大的黑洞当作目标 。

发现黑洞的科学家 人类史上第一张黑洞照片

文章插图
科学家们甄选了一圈之后 ， 决定将近邻的两个黑洞当作重要目标：一个是位于人马座方向的银河系中心黑洞SgrA* ， 另一个则是位于射电宇宙岛M87的中心黑洞M87* 。
沈志强说：“由于黑洞事件视界的大小与其质量成正比 ， 这也意味着质量越大 ， 其事件视界越大 。我们选定的这两个黑洞质量都超级大 ， 它们的事件视界在地球上看起来也是最大的 ， 可以说是目前最优的成像候选体 。”
尽管如此被选择的两个黑洞已是最优成像候选体 ， 但要清晰为它拍照 ， 难度还是极其大 。
SgrA*黑洞的质量大约相当于400万个太阳 ， 所对应的视界面尺寸约为2400万公里 ， 相当于17个太阳的大小 。然而 ， 地球与SgrA*相距2万5千光年（约24亿亿公里）之遥 。
沈志强说：“这就意味着 ， 它很大的视界面在我们看来 ， 大概只有针尖那么小 ， 就像我们站在地球上去观看一枚放在月球表面的橙子 。”
M87中心黑洞的质量更为很大 ， 达到了60亿个太阳质量 。尽管M87中心黑洞与地球的距离要比SgrA*与地球之间的距离更远 ， 但因质量庞大 ， 所以它的事件视界对科学家们而言 ， 可能跟SgrA*大小差不多 ， 甚至还要稍微大那么一点儿 。


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