 在我們星系的中心，有一個(gè)漩渦狀的、噴射著能量的超大質(zhì)量黑洞，簡(jiǎn)稱為Sagittarius A* or Sgr A*。數(shù)十億年來(lái)，周圍的氣體和塵埃一直在下落。大約每隔一萬(wàn)年，它就會(huì)吞噬附近的一顆恒星。Sgr A*(發(fā)音為Saj-A-star)是我們夜空中最大的黑洞，但我們不知道近距離看它是什么樣子，因?yàn)槲覀儚膩?lái)沒(méi)能拍到它的照片。所有黑洞都是如此。 它們?cè)谖覀兊挠钪嬷袩o(wú)處不在，但是它們?cè)谔炜罩蟹浅Ｐ?，我們沒(méi)有它們的詳細(xì)圖像。你在網(wǎng)絡(luò)上或電視紀(jì)錄片中看到的那些圖片，都是基于對(duì)黑洞周圍空間區(qū)域的間接證據(jù)，觀察的插圖或模擬?？茖W(xué)家們并不懷疑黑洞的存在，但如果沒(méi)有圖像，他們就無(wú)法證實(shí)黑洞的存在。 這一切可能即將改變 在過(guò)去的四年里，天體物理學(xué)教授約翰·沃德?tīng)?/strong>（John Wardle）與大約200名科學(xué)家和工程師一起工作，創(chuàng)造了一幅Sgr A*的圖像，這將是我們第一張關(guān)于黑洞的圖片。這一名為“視界望遠(yuǎn)鏡”(EHT)的項(xiàng)目于2017年4月完成了數(shù)據(jù)收集。研究人員目前正在對(duì)其進(jìn)行分析。 根據(jù)結(jié)果，他們產(chǎn)生的Sgr A*的圖像可能看起來(lái)像以下其中之一:  備注：計(jì)算機(jī)模擬了研究人員希望生成的圖像。明亮的區(qū)域是黑洞周圍的熱氣體。圓形暗區(qū)是黑洞強(qiáng)大引力所投射的陰影。 這看起來(lái)并不多，但是生成Sgr A*的粗略圖片就相當(dāng)于地球的頭條。事實(shí)上，它足以回答我們關(guān)于宇宙中最神秘現(xiàn)象之一的一些最大的未解問(wèn)題：當(dāng)光和物質(zhì)墜入黑洞時(shí)是什么樣子的？從黑洞中射出的能量流是由什么構(gòu)成的?黑洞在星系形成中扮演了什么角色? 盡管不太可能，但是EHT的結(jié)果甚至需要對(duì)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論進(jìn)行調(diào)整。但在我們探討一位曾經(jīng)生活過(guò)的最偉大的科學(xué)家是否做得不夠正確之前，我們必須先從基礎(chǔ)開(kāi)始。 情況 黑洞通常發(fā)生在一個(gè)非常大的恒星燃燒其核燃料，并災(zāi)難性地坍縮成一個(gè)密度極高的點(diǎn)或奇點(diǎn)時(shí)。當(dāng)氣體、恒星和其他物質(zhì)接近黑洞時(shí)，它們會(huì)被吸引到黑洞的視界（event horizon“事件穹界”，指黑洞的邊界），即奇點(diǎn)（singularity）周圍的假想殼層。任何穿過(guò)視界的物體都無(wú)法逃脫黑洞的引力。當(dāng)物質(zhì)下落時(shí)，黑洞變得越來(lái)越大，視界也隨之膨脹。  事實(shí)證明黑洞無(wú)處不在。超大質(zhì)量的星系位于大多數(shù)星系的中心。質(zhì)量較小的黑洞更為常見(jiàn)。我們的銀河系，大概有1億個(gè)黑洞，雖然我們只識(shí)別了幾十個(gè)。 至于Sgr A*，它距離地球約26000光年，質(zhì)量是太陽(yáng)的400萬(wàn)倍。沃德?tīng)栒f(shuō)，這使得它與其他超大質(zhì)量黑洞相比“軟弱無(wú)力”。EHT研究的另一個(gè)超大質(zhì)量黑洞，位于室女座星系團(tuán)中心的Messier 87 (M87)質(zhì)量是太陽(yáng)的70億倍。EHT之所以選擇Sgr A*和M87，是因?yàn)閺牡厍蛏峡矗鼈兪亲畲蟮某筚|(zhì)量黑洞。他們是容易和最容易接近的學(xué)習(xí)對(duì)象。 但是，當(dāng)黑洞是黑色的時(shí)候，我們?cè)趺茨芘南滤恼掌兀?/p> 好問(wèn)題。事實(shí)上，黑洞和太空一樣黑。任何進(jìn)入的光都不會(huì)逃脫。但是在一個(gè)黑洞周圍，有一束發(fā)光的超熱物質(zhì)漩渦發(fā)出的光還沒(méi)有落入黑洞。當(dāng)光線經(jīng)過(guò)視界附近時(shí)，它會(huì)因黑洞強(qiáng)大的引力而彎曲變形。這種光線的透鏡形成了一個(gè)被稱為黑洞陰影的黑暗區(qū)域。陰影的大小預(yù)計(jì)是視界的2.5倍。視界的大小與黑洞的質(zhì)量成正比。對(duì)于Sgr A*，其直徑約為1500萬(wàn)英里。EHT正在研究的另一個(gè)黑洞M87的直徑比它大1000倍。  你知道了吧：通過(guò)研究黑洞的陰影，EHT的研究人員可以找到很多關(guān)于黑洞的信息。所以從技術(shù)上講，EHT的科學(xué)家們不會(huì)制造出黑洞的圖像。他們將利用關(guān)于陰影的信息來(lái)推斷關(guān)于黑洞的信息。但由于黑洞成像不是一個(gè)選項(xiàng)(至少目前不是)，科學(xué)家們認(rèn)為陰影的圖像是黑洞存在的確鑿證據(jù)。 了解約翰·瓦爾德 沃德?tīng)栐?0世紀(jì)60年代末開(kāi)始研究天體物理學(xué)，分析星系發(fā)射的無(wú)線電波?！皩?duì)于一個(gè)天文學(xué)家來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)有點(diǎn)聲名狼藉的領(lǐng)域?！弊鳛椴继m迪斯射電天文學(xué)小組的一員，沃德?tīng)栄芯俊盎钴S星系”，這是一種相對(duì)罕見(jiàn)的超亮度星系，其中心是超大質(zhì)量黑洞。 網(wǎng)絡(luò) Sgr A*在天空中是如此的小，以至于我們?cè)诘厍蛏蠜](méi)有一個(gè)望遠(yuǎn)鏡可以看到足夠的細(xì)節(jié)來(lái)創(chuàng)建一張高分辨率的照片。EHT的科學(xué)家們克服了這個(gè)困難，他們利用一種叫做甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量(VLBI)的技術(shù)，在全球范圍內(nèi)建立了7個(gè)望遠(yuǎn)鏡的網(wǎng)絡(luò)。結(jié)果是一臺(tái)“虛擬望遠(yuǎn)鏡”（virtual telescope），其分辨率相當(dāng)于地球直徑的望遠(yuǎn)鏡。  virtual telescope 在2017年4月的一個(gè)星期里，所有七個(gè)EHT望遠(yuǎn)鏡都在記錄來(lái)自Sgr a *的信號(hào)。七個(gè)原子鐘記錄了每個(gè)望遠(yuǎn)鏡接收到信號(hào)的時(shí)間。這些信號(hào)的性質(zhì)以及它們到達(dá)每個(gè)望遠(yuǎn)鏡的時(shí)間，將使科學(xué)家們能夠向后構(gòu)建Sgr A *的圖像。這需要一段時(shí)間才能完成。EHT望遠(yuǎn)鏡收集的數(shù)據(jù)足以裝滿1萬(wàn)臺(tái)筆記本電腦。 大飛機(jī) 沃德?tīng)柼貏e感興趣的是發(fā)現(xiàn)更多來(lái)自黑洞的巨大能量噴流。當(dāng)黑洞外的物質(zhì)被加熱到數(shù)十億度時(shí)，就會(huì)形成噴射流。它在吸積盤中旋轉(zhuǎn)。其中一些穿過(guò)了沒(méi)有返回點(diǎn)的視界，進(jìn)入了黑洞。但是黑洞是很混亂的食用者。一些物質(zhì)會(huì)以聚焦緊密的噴射(準(zhǔn)直)的形式噴射出來(lái)。這些噴氣機(jī)以接近光速的速度飛行了數(shù)萬(wàn)光年。 可能沒(méi)有來(lái)自Sgr *A的射流。在過(guò)去的幾十年里它并不是很活躍。但如果這些噴射物確實(shí)存在，EHT的望遠(yuǎn)鏡就會(huì)接收到它們的無(wú)線電信號(hào)。然后，EHT機(jī)組人員就可以利用這些信息來(lái)嘗試回答沃德?tīng)査f(shuō)的關(guān)于飛機(jī)的未回答的大問(wèn)題:
現(xiàn)在，我們終于要講愛(ài)因斯坦了 直到最近，支持廣義相對(duì)論(GR)理論的證據(jù)都來(lái)自對(duì)太陽(yáng)系的觀察。但我們這個(gè)宇宙小點(diǎn)的條件是相當(dāng)溫和的。在黑洞附近發(fā)現(xiàn)的極端條件將對(duì)GR進(jìn)行最終測(cè)試。 GR應(yīng)該準(zhǔn)確地描述光是如何彎曲的，因?yàn)楹诙吹木薮笠κ箷r(shí)空彎曲，并將所有東西拉向它。EHT收集的數(shù)據(jù)將提供這種現(xiàn)象的測(cè)量，可以與愛(ài)因斯坦的預(yù)測(cè)相比較。 GR的公式還表明，在Sgr A*周圍的吸積盤所投下的陰影幾乎是圓形的。如果它的形狀像雞蛋，它也會(huì)告訴我們GR有問(wèn)題。 沃德?tīng)栒J(rèn)為，GR將經(jīng)得起考驗(yàn)。不過(guò)，他表示，總有機(jī)會(huì)出現(xiàn)GR“可能需要調(diào)整”?！叭缓笪覀兙蜁?huì)穿一件非常直的夾克，因?yàn)槟悴豢赡茏龀瞿切?huì)把其他部分都搞砸的改變?！蹦菍⒎浅Ａ钊伺d奮。 |
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