网上有关“黑洞:科学家们获得了一个位于M87星系中心的黑洞的像”话题很是火热,小编也是针对黑洞:科学家们获得了一个位于M87星系中心的黑洞的像寻找了一些与之相关的一些信息进行分析,如果能碰巧解决你现在面临的问题,希望能够帮助到您。
第一张……
国家天文台苟利军研究员@Flyingspace :
这次的直接成像除了帮助我们直接确认了黑洞的存在,同时也通过模拟观测数据对爱因斯坦的广义相对论做出了验证。在视界面望远镜的工作过程和后来的数据分析过程中,科学家们发现,所观测到的黑洞阴影和相对论所预言的几乎完全一致,令人不禁再次感叹爱因斯坦的伟大。
爱因斯坦
另外一个重要意义在于,科学家们可以通过黑洞阴影的尺寸限制中心黑洞的质量了。这次就对M87中心的黑洞质量做出了一个独立的测量。在此之前,精确测量黑洞质量的手段非常复杂。
受限于观测分辨率和灵敏度等因素,目前的黑洞细节分析还不完善。未来随着更多望远镜加入,我们期望看到黑洞周围更多更丰富的细节,从而更深入地了解黑洞周围的气体运动、区分喷流的产生和集束机制,完善我们对于星系演化的认知与理解
左文文(上海天文台):
如果要评选出2019年最有价值和最受期待的照片,那么非下面这张照片莫属。这是5500万光年外的大质量星系M87中心超大质量黑洞的黑洞阴影照片,也是人类拍摄的首张黑洞照片。它是黑洞存在的直接“视觉”证据,从强引力场的角度验证了爱因斯坦广义相对论。
图1:M87星系中心超大质量黑洞(M87*)的图像,上图为2017年4月11日的图像,图中心的暗弱区域即为“黑洞阴影”,周围的环状不对称结构是由于强引力透镜效应和相对论性射束(beaming)效应所造成的。由于黑洞的旋转效应,上显示了上(北)下(南)的不对称性。
这张照片于2017年4月拍摄,2年后才“冲洗”出来。2019年4月10日由黑洞事件视界望远镜(Event Horizon Telescope, EHT)合作组织协调召开全球六地联合发布。
给黑洞拍照,有三个科学意义:
1. 对黑洞阴影的成像将能提供黑洞存在的直接“视觉”证据。黑洞是具有强引力的,给黑洞拍照最主要的目的就是在强引力场下验证广义相对论,看看观测结果是否与理论预言一致。
2. 有助于理解黑洞是如何“吃”东西的。黑洞的“暗影”区域非常靠近黑洞吞噬物质形成的吸积盘的极内部区域,这里的信息尤为关键,综合之前观测获得的吸积盘更外侧的信息,就能更好地重构这个物理过程。
3. 有助于理解黑洞喷流的产生和方向。某些朝向黑洞下落的物质在被吞噬之前,会由于磁场的作用,沿着黑洞的转动方向被喷出去。以前收集的信息多是更大尺度上的,科学家没法知道在靠近喷流产生的源头处发生了什么。如果现在对黑洞暗影的拍摄,就能助天文学家一臂之力。
图2:哈勃空间望远镜拍摄的M87,版权:NASA
黑洞照片应该是这样:圆形阴影+光环
一百年前,爱因斯坦广义相对论提出后不久,便有科学家探讨了黑洞周围的光线弯曲现象。上世纪70年代,James Bardeen及Jean-Pierre Luminet等人计算出了黑洞的图像。上世纪90年代,Heino Falcke等天文学家们首次基于广义相对论下的光线追踪程序,模拟出银河系中心黑洞Sgr A*的样子,引入了黑洞“阴影”的概念。
理论预言,受黑洞强引力场的影响,黑洞吸积或喷流产生的辐射光被黑洞弯曲,使得天空平面(与视线方向垂直的面)被黑洞“视边界”(apparent boundary)的圆环一分为二:在视边界圆环以内的光子,只要在视界面以外,就能逃离黑洞,但受到很强的引力红移效应,亮度低;而视边界圆环以外的光子,能绕着黑洞绕转多圈,积累的亮度足够高。
图3:广义相对论预言,将会看到一个近似圆形的暗影被一圈光子圆环包围。由于旋转效应,黑洞左侧更亮。版权:D. Psaltis and A. Broderick
从视觉上看,视边界内侧的亮度明显更弱,看起来就像一个圆形的阴影,外面包围着一个明亮的光环。故此也得名黑洞 “阴影”(black hole shadow)。这个阴影有多大呢?史瓦西黑洞的阴影直径是视界直径的5.2倍;如果黑洞转得快,阴影直径也有约4.6倍视界半径。如此看来,黑洞视边界的尺寸主要与黑洞质量有关系,而与黑洞的自转关系不大。
后来,更多科学家针对黑洞成像开展了大量的研究,均预言黑洞阴影的存在。因此,对黑洞阴影的成像能够提供黑洞存在的直接“视觉”证据。
今天只是起点,未来将看到更多精彩
其实,人类关于黑洞的理论预言出现的时间不短,VLBI技术也并不是近十年才成熟。为什么现在才“拍”到第一张黑洞照片呢?一个重要的原因是,想要利用VLBI技术构成一个等效口径足够大、灵敏度足够高的望远镜,需要在全球各地广泛地分布着足够多的这类望远镜。过去十年中,技术的突破、新射电望远镜的不断建成并加入EHT项目、算法的创新等,终于让天文学家们打开了一扇关于黑洞和黑洞视界研究的全新窗口。
参与此次EHT观测的上海天文台专家一致表示,对M87*黑洞的顺利成像绝不是EHT的终点站。
一方面,对于M87*的观测结果分析还能更加深入,从而获得黑洞周围的磁场性质,对理解黑洞周围的物质吸积及喷流形成至关重要。
另一方面,大家翘首以待的银河系中心黑洞Sgr A*的照片也要出炉了。
EHT项目本身还将继续“升级”,还会有更多的观测台站加入EHT,灵敏度和数据质量都将提升,让我们一起期待,未来看到M87*和Sgr A*的更高清照片,发现照片背后的黑洞奥秘。
总之,人类既然已经拍到第一张黑洞照片,那黑洞成像的春天还会远吗?
为什么“黑洞”理论是天文学研究的热点?
宇宙起源于138亿年前的奇点大爆炸,刚诞生的宇宙并没有恒星,行星等各种天体,只有氢,氦等基本元素。这些元素通过不断的演化才有了后来更多丰富的元素,而丰富的元素又不断演化,最后诞生了恒星,行星,黑洞等各种天体。
而天体通过引力聚集在一起,形成了大量的恒星系,恒星系又通过引力的作用再次聚集形成了更大的星系,比如银河系,仙女座星系。这些大星系的中心都有一个超大质量黑洞,大星系的引力场是十分强大的,可以作用到更远的距离,形成一个稳定的星系群。
大星系之间也会有引力场的存在,通过引力也会将大星系不断聚集,形成一个更加庞大的超星系团,而超星系团又可以形成更大尺度的宇宙丝状结构,这种丝状结构的范围往往都在数亿光年以上,大量的星系结构密密麻麻地交汇在一起,共同组成了无比巨大的宇宙网。
如果我们将宇宙缩小到一定范围,你就会发现宇宙就是一个无比庞大的网络结构,而在这个网络结构中,存在着2万多亿个大星系。这就是我们的可见宇宙,其中引力是可见宇宙中最核心的东西。如果这个宇宙仅仅只是我们能够看见的可见物质和宇宙,那也太简单了。
科学家在对宇宙不断的研究 探索 中,发现可见物质并不是宇宙的全部,而可见宇宙也并不是宇宙的全部。在可见的宇宙背后还有一个不可见的宇宙存在,物质也分为可见物质和不可见物质,而不可见物质就是科学家一直在 探索 寻找的暗物质。
对于暗物质相信很多朋友都知道,虽然我们现在我们还不知道它的本质到底是什么,也没有真正采集到任何的暗物质,但是通过宇宙中种种神秘的现象,我们却可以肯定暗物质的存在。而且暗物质在宇宙的量是非常庞大的,根据目前的研究,科学家认为暗物质约占宇宙物质的26%,这个数字是可见物质的2倍还要多。
要知道,可见物质只占宇宙的5%左右,可见物质组成了我们的可见宇宙,那么占比达26%的暗物质,是否也组成了一个我们看不见的暗物质?科学家认为大概率也是如此。暗物质的含量如此之多,那么它对于宇宙必然有着很大的作用,暗物质在宇宙中到底扮演着什么样的角色?
科学家研究认为,暗物质的存在有可能构建了宇宙的整体框架,它相当于是人体内的骨骼结构,有了骨骼结构,整个人体才有存在的必要。宇宙也是如此,从它诞生的那一天起,暗物质就悄悄地构建了整个宇宙的框架,所有的星系,物质等有了一个稳定的框架,才能够很好地进行演化。
前面我们说了,可见宇宙中引力起着重要的作用,通过引力,星系之间构建了复杂交替的宇宙网络。可是我们不要忘了,如果通过引力的作用,天体之间,星系之前不断靠近,那么最终的结果就是整个星系分崩离析。天体也会不断聚集到中心之处凝聚成一体,如果是这样,那完美的宇宙也无法形成。
这个时候暗物质悄悄在背后起着作用,它不断调和着星系和引力之间的关系,有了大量暗物质的调和作用,星系才能够平衡运行并长久存在。有物质的存在,自然会有能量的存在,物质和能量本质上是一样的,它们是可以进行相互转化的。
可见物质形成了我们现实宇宙中的可见能量,而同样的道路,暗物质同样也对应着暗能量,暗能量从某种意义上来讲对于宇宙起到的作用更大。根据科学家的研究认为,暗物质约占整个宇宙68.3%的质能,比暗物质的总量还大了约3倍。
由此可见,暗能量才是宇宙背后最神秘强大的那股力量,那么暗能量在宇宙中到底有什么样的作用?前面我们说了,暗物质构建了宇宙的框架,并不断调和着星系和引力作用。而暗能量则主导着整个宇宙的运行方向,相信很多朋友都知道,宇宙大爆炸之后,整个宇宙一直在快速膨胀。
根据科学家的观测发现,越是遥远的天体和星系,向外远离的趋势越明显,速度越快,这就是天文学上的天体红移现象。天体红移现象就是宇宙在不断膨胀的有利证据,在天文望远镜的视界里,离我们越远的星系,远离速度越快。
而宇宙诞生早期的那些星系,现在我们基本已经观测不到了,因为它们远离我们的速度超越了光速。那么宇宙为什么会不断膨胀?星系之间为什么会不断远离?这一切的背后有一股神秘强大的力量在推动,这个力量就是暗能量。
引力的作用是不断向内拉扯,而暗能量的作用则是向外不断扩张膨胀,很明显暗能量和引力的较量中占据了上风,最终让整个宇宙在不断快速膨胀。而这种膨胀也是宇宙 健康 的一种演化方向,因为只有不断膨胀,宇宙才有无限的可能。
暗能量是目前宇宙的霸主,宇宙未来如何演变,最终的结局如何,很大程度上要取决于暗能量。那么暗能量就是无敌的吗?也不是,很多人经常会想:宇宙会一直膨胀下去吗?科学家研究认为,宇宙大概率不会一直膨胀下去。
现在是暗能量不断拉着宇宙快速膨胀,可是随着宇宙的不断扩大,暗物质和暗能量的不断消耗,总有一天会力不从心。那个时候,宇宙也就膨胀到了极点。当宇宙不再膨胀的时候,并不是说它就会保持一个固定的大小不变。因为在可见宇宙中,还有一个霸主存在,那就是引力。
引力是永存的,它不会消失,原因就是决定引力的是质量,只要宇宙有天体存在,有星系存在,质量就会存在,引力也就会存在。当暗能量不断减弱无法维持宇宙膨胀的时候,引力就会占据上风,然后拉扯宇宙不断向内坍缩。
引力的拉扯最终有可能让宇宙重新归于一个奇点。由此可见,宇宙最终的命运如何,暗能量起着主要的作用,暗能量能够持续存在多久,宇宙就能够延续多久。当然,对于宇宙,目前我们了解的还只是皮毛,有太多的奥秘等着我们去破解。
暗物质和暗能量有可能关乎着宇宙的终极谜团,只有我们真正揭开了它们的奥秘,才有可能最终揭开宇宙的奥秘。或许等到人类掌握了暗物质和暗能量之后,我们就是宇宙最强大的超级文明,那个时候,整个宇宙都将会是人类的后花园,我们期待着这一天的到来。
因为未知,所以神秘。因为神秘,所以让很多人好奇,于是就成了研究的一个热点。
目前来看,我们对广义相对论和量子力学的认识其实是还不够的,所以还无法将很多东西深度融合起来。
即便有了以前很多前人的研究成果,从长期的发展看来,对黑洞的研究依然还存在皮毛阶段。更不要说奇点那个终极大BOSS了,但是渐渐的,大家发现,以现在这种理论水平以及技术水平,似乎对黑洞能研究的东西差不多都已经研究了,没研究的也研究不了。所以,工具不行,干瞪眼也没用。
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