首張黑洞照片出爐，愛因斯坦説的對！_風聞

大家好

我是大臉喵

北京時間4月10日晚9點

人類史上首張黑洞照片正式出爐！

△ M87星系中心超大質量黑洞

2017年4月11日的圖像

雖然這個清晰度嘛

有點兒低

但這也足夠讓人興奮了

我們現在可是

第一批看到黑洞真容的人啊！

據介紹

這張來之不易的照片

通過長時間曝光僅拍攝就用了10天

之後的沖洗工作更是足足花了兩年

這是自1915年愛因斯坦

在廣義相對論中首次預言「黑洞」存在

人們第一次看到它的樣子

昨天照片發佈前

還有不少人擔心

如果拍到的黑洞不是圓的

那大家堅信的愛因斯坦廣義相對論

不就錯了嗎？

不過事實證明

愛因斯坦説的對啊！

1

黑洞那麼黑照片是怎麼來的呢？

照片中的黑洞，看起來更像一個不對稱的發光旋渦。

提到黑洞，大家的腦海裏也很可能出現的是「有去無回」和「萬物皆可吸」。

黑洞的形象更像是一個無底的旋渦，但實際上，它和地球一樣，是一個天體。

作為宇宙中最神秘的天體之一，黑洞的質量和密度都非常大，這使得它周圍有着巨大的引力場，路過它附近的物質，都難逃被這種引力吸引過去的命運，就連宇宙中速度最快的光，也不能倖免。

△ 黑洞的藝術想象圖 來自：Wikipedia

由於光被它完全吸收了，所以黑洞本身是看不見的。但它的引力不是無限的，這巨大引力是有一定範圍的，而這個範圍被稱為**「事件視界」**。

只要跨過了這個邊界，一切物質都會被黑洞吸引，一切物理定律也會在此失效，但在這個邊界外，一切都是正常的，包括光，所以這次科學家們拍攝的就是黑洞的這個部分。

因為引力巨大，黑洞「吃掉」身邊恆星的速度非常的快，周圍的氣體被撕扯，形成了旋轉的**「吸積盤」**，部分氣體還會沿着轉動方向被拋出去，形成噴流。

這些巨大的摩擦，都會產生明亮的光線，於是人們就能捕捉到這些黑洞的發光現象了。

△ 來自：NSF by Nicolle R Fuller

2

給黑洞拍張照怎麼這麼難？

這次科學家們準備拍攝的兩個黑洞，人馬座A距離地球2.6萬光年，質量約等於400萬個太陽；而M87距離地球2200萬光年，約等於64億個太陽。

由於距離太遠，科學家們形象的將拍攝難度比喻為「站在地球上，給月球上的一個蘋果拍照」，為此科學家們需要一架非常厲害的望遠鏡。

麻省理工學院（MIT）的科學家們提出了一個大膽的計劃——EHT項目，讓處在地球不同位置的頂尖望遠鏡同時對一個黑洞進行拍攝，再經過數據分析得到圖像，使得這架虛擬望遠鏡的直徑可以達到跟地球直徑一樣的程度，這相當於「將整個地球變成了一架超級望遠鏡」。

△ EHT項目

於是MIT的科學家們從2006年就開始四處奔走，尋找國際合作開展EHT項目。經過不斷的努力，終於湊齊了“八大金剛”：

西班牙毫米波射電天文所的30米毫米波望遠鏡(IRAm)、地處南極的南極望遠鏡(SPT)、位於智利的阿塔卡馬大型毫米波陣列望遠鏡(ALMA)和阿塔卡馬探路者實驗望遠鏡(APEX)、墨西哥境內大型毫米波望遠鏡(LMT)、美國亞利桑那州的亞毫米波望遠鏡(ARO)以及夏威夷的麥克斯韋望遠鏡和亞毫米波陣列望遠鏡(Maxwell)

他們組成的這架超級望遠鏡被命名為**「事件視界望遠鏡」**，它的精度足以讓一個人在巴黎的咖啡館閲讀紐約的一張報紙。

合適的工具有了，但拍攝起來仍舊十分困難。

首先，是**拍攝。**要在這八架望遠鏡所在地點天氣狀況統統良好，且面對黑洞的時候拍攝。

但它們分處在不同的地方，天氣這事兒可不由着科學家們的安排來，這樣一年可以拍攝的時間只剩下了大約10天。

終於，在2017年4月，科學家們等到了一個天時地利人和的好機會，它們對人馬座A*和M87*這兩個黑洞實際進行了4天的拍攝，得到了8PB的數據。

這些數據到底有多大呢？8PB=8000TB=2000000GB……

△ 來自EHT

之後，是數據收集。如此龐大的數據，根本不可能通過互聯網傳輸，因此各個觀察點只能將數據存在硬盤裏，然後運送到麻省理工大學和位於德國的馬普射電天文研究所。

據美國國家科學基金會的學者稱，最終存儲8台望遠鏡數據的硬盤，足足有半噸重。

△ 生成黑洞圖片的過程 來自美國國家科學基金會

最後，是數據分析。這台“口徑和地球一樣大”的望遠鏡只有八個數據參考點，有限的參考點造成了大量數據的缺失。

想從這些缺失的數據中還原一張完整的黑洞照片，就像是在一架琴鍵壞掉的鋼琴上彈奏樂曲。儘管音符殘缺不全，但所有的音符都會導向同一個曲調，隨着音符不斷增加，整個音樂的曲調也就越來越明晰。

為了幫助大家理解照片的還原過程，EHT 還製作了一段音頻。

即便如此，由這八架望遠鏡傳回的數據拼湊出的黑洞圖像還是有無限的可能性。為了確保數據分析準確性，科學家們分為4組，同時進行，最終得出的圖像高度相似。

但實際上我們仍未看清M87黑洞的樣子，只是在理論指導下，利用算法還原了殘缺的圖像。

目前，對M87的觀測數據分析仍在進行，之後也會有更多的觀測點加入到這架超級望遠鏡的行列中，相信在不久的將來，我們就會看到高清版的黑洞照片了！

△ 來自 DeLuce Art

​3

這張高糊照片的價值有哪些？

這張黑洞的照片清晰度雖然不高，但它不僅讓我們接觸到了黑洞的真實面貌。

更重要的是，幫我們驗證了愛因斯坦廣義相對論和黑洞的物理性質，包括黑洞真實質量、直徑、自轉速度……

△來自人民日報

中國科學院國家天文台研究員苟利軍説道：

黑洞周圍會有很多分流，分流對於整個星系，以及星系演化，都起着非常重要的作用。但我們不是特別清楚它是如何產生的，我們看到黑洞周圍的狀況，能幫我們解決最基礎的科學問題。

△ 來自新華社採訪截圖

這只是一個開始

未來EHT一定還會帶來

更多前所未有的科學成果

而這張照片

對我們普通人來説

它帶領我們看到了

那個距離我們5500萬光年外的世界

這是唯有宇宙才能帶給我們的震撼和浪漫

以上

就是本期的全部內容

來自公眾號費米科學