人類史上首張黑洞照片或許是對霍金最好的悼念
宣告:本文來自於微信公眾號量子位(ID:QbitAI),作者:曉查,授權站長之家轉載釋出。
剛剛,天文學家公佈了人類史上首張黑洞照片。這顆黑洞就是M87 星系中心的超大質量黑洞,它的質量是太陽的 65 億倍,距離地球 5500 萬光年。
上面就是由事件視界望遠鏡(EHT)拍攝的黑洞照片。
黑洞是愛因斯坦廣義相對論預言的一種質量極大的天體,它的引力極強,強到連光線都被吸引無法逃逸。
是一個接近圓形的環狀結構,黑洞陰影亮的地方和中心黑洞對比度超過 10 倍,說明這個黑洞是真實的。
今天之前,人類已經找到了黑洞存在的諸多證據, 3 年前我們還聽到了來自黑洞合併發出的“聲音”,但黑洞究竟長啥樣卻只能靠猜想。
科學家們早已用理論推測了黑洞的樣子,其中最為大眾所熟知的是《星際穿越》裡的“卡岡圖雅”。電影導演克里斯托弗·諾蘭請來了知名天體物理學家基普·索恩,花費一年多的時間,根據廣義相對論用計算機模擬為我們呈現了這樣一幅景象。
如何理解黑洞照片
既然黑洞不能發出光線,也會吸進射入它的光線,人類又是如何看見黑洞的?
黑洞雖然是光的“墳墓”,但只有一定範圍內光線才無法逃出。這個範圍就是EHT名稱的來源“事件視界”(Event Horizon),“事件視界”之外的光線會被彎曲,但是有機率逃出黑洞引力的“魔爪”。
另外黑洞強大的引力會讓任何靠近它的物質落入其中,形成像排水孔周圍一樣的漩渦,稱為 吸積盤 。在這個過程中,氣體因引力勢能得到釋放被加熱到幾百萬度,發出強烈的光。
在黑洞前方的吸積盤是“卡岡圖雅”的“腰帶”,後方的吸積盤發出的光線在黑洞引力下扭曲變形,繞過半圈仍然可以被我們看見,形成了黑洞上下方的光環,於是就有了“卡岡圖雅”那樣特殊的影象。
細心的你也許會注意到,黑洞吸積盤上下兩側亮度不一樣,這是由於吸積盤中的氣體高速旋轉,根據多普勒效應,發光氣體就像手電筒一樣,幾乎只會照亮運動方向的前方,轉向你的一側會較亮,而轉離你的一側會較暗。
另外,黑洞的引力讓後方恆星發出的光線“折射”,就像一個擋在恆星和地球之間的透鏡,科學家們把它叫做“引力透鏡”。黑洞周圍扭曲的星空也為我們提供了黑洞存在的證據。
今晚的照片顯然不能和《星際穿越》中壯觀的效果相比擬。但是,請不要吐槽照片效果太差,為了“沖洗”這張照片,科學家們花費了 2 年時間,而為了拍攝這張照片,他們把望遠鏡建到世界各地,甚至是寒冷的南極洲。
Veritasium於 4 月 9 日在YouTube上釋出了一段視訊,標題是:How to Understand the Image of a Black Hole。
這段總時長 9 分鐘的視訊,非常形象的解釋了,為什麼黑洞的照片會是一個特定的樣子,通俗易懂,在YouTube上已有上百萬的瀏覽。
在量子位公眾號(ID:QbitAI)對話介面,回覆:“ 黑洞 ”兩個字,即可看到這段講解,推薦觀看。