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你我共同见证!人类史上首张黑洞照片公布 验证广义相对论

“事件视界望远镜”项目10日在全球多地同时召开新闻发布会,发布他们拍到的第一张黑洞照片。首次试验验证了爱因斯坦的广义相对论,也开启了直接观测黑洞的序幕,期待未来有更多科学发现和研究成果。
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  要点
  

1 数百名科研人员参与合作的“事件视界望远镜”项目10日在全球多地同时召开新闻发布会,发布他们拍到的第一张黑洞照片。

2 从爱因斯坦的广义相对论率先预言黑洞的存在,到惠勒提出“黑洞”概念,再到霍金提出“黑洞是时空的扭曲者”……科学家们日益相信,宇宙中存在许多大小不一的黑洞,甚至在银河系的中心就有一个超大黑洞。

           这是人类史上首张黑洞照片。   黑洞,曾经被认为不可见,如今,它竟被你我成功看见!2019年4月10日,人类史上第一张黑洞的照片公之于众,人类得以看见黑洞真容!

全球多地同时召开新闻发布会 公布黑洞照片

  数百名科研人员参与合作的“事件视界望远镜”项目10日在全球多地同时召开新闻发布会,发布他们拍到的第一张黑洞照片。   照片“主角”是室女座超巨椭圆星系M87中心的超大质量黑洞,其质量是太阳的65亿倍,距离地球大约5500万光年。照片展示了一个中心为黑色的明亮环状结构,看上去有点像甜甜圈,其黑色部分是黑洞投下的“阴影”,明亮部分是绕黑洞高速旋转的吸积盘。   “我很高兴地宣布,我们首次看到了曾认为不可见的东西……而这只是开始,”项目主任、美国哈佛-史密森天体物理学中心的谢泼德·杜勒曼在美国首都华盛顿说。发布会现场多次响起热烈掌声。   除华盛顿外,中国上海和台北、智利圣地亚哥、比利时布鲁塞尔和日本东京等地也同时召开发布会。美国《天体物理学杂志通讯》以特刊形式通过6篇论文发表这一重大成果。   上世纪初,爱因斯坦提出广义相对论预言了黑洞的存在。这是一种体积极小而质量极大的天体,引力非常强,以至于周围一定区域内连光也无法逃逸,这一区域被称为“事件视界”。   “事件视界望远镜”就是为观测黑洞的“事件视界”而设计的。它由分布在全球多地的射电望远镜组成,相当于一台口径为地球直径的超级望远镜。2017年4月,从美国夏威夷到智利、从伊比利亚半岛到南极的这些望远镜在同一时刻对准M87中心黑洞拍照,其难度相当于从地球上给月球表面的一个橙子成像。照片经过近两年的数据处理及理论分析后“冲洗”完成。   包括中国科学院上海天文台在内的一些中国机构参与观测和数据处理。中科院国家天文台副台长薛随建说,此次参与为中国今后在相关国际合作中发挥更重要作用做了良好示范。   照片给出黑洞这一极端天体存在的最直接证据,验证了广义相对论,也将帮助回答星系中的壮观喷流如何产生并影响星系演化等诸多前沿问题。   “黑洞是时空尽头,存在一些我们想破解的谜团。首次给黑洞拍照可能帮助我们朝着解开这些谜更进一步。”项目科学委员会主席、荷兰奈梅亨大学教授海诺·法尔克告诉新华社记者。美国哈佛大学理论物理学家亚伯拉罕·洛布形容:“百闻不如一见,一图抵千言。”   

爱因斯坦说对了!黑洞照片验证广义相对论

  浩瀚星空中,黑洞是极神秘又惹人遐思的天体。   它,“吞噬”一切,连光也无法逃脱。它,体积小、质量大,可以弯曲周围的时空。它的“前世今生”带着重重谜团,让人好奇无比。   百余年来,人类探寻黑洞奥秘的脚步从未停歇。   从爱因斯坦的广义相对论率先预言黑洞的存在,到惠勒提出“黑洞”概念,再到霍金提出“黑洞是时空的扭曲者”……科学家们日益相信,宇宙中存在许多大小不一的黑洞,甚至在银河系的中心就有一个超大黑洞。   多年来,一些间接证据陆续证实黑洞的存在,人类不断插上科幻翅膀勾画黑洞容颜。   科幻电影也在不断“幻想”黑洞影像。在电影《星际穿越》中,黑洞“卡冈图雅”是那深不见底的黑色中心与明亮立体的气体圆圈。   就在4年前,两个黑洞合并产生的引力波信号被科学家“捕捉”到,成为科学界的一个里程碑事件,人类开始“听”到黑洞。   这一次,人类终于眼见为实。   此次露出真容的黑洞,位于室女座一个巨椭圆星系M87的中心,距离地球5500万光年,质量约为太阳的65亿倍。它的核心区域存在一个阴影,周围环绕一个新月状光环!   “观测结果与理论预言非常一致,这证实在黑洞这样的极端条件下,广义相对论仍然成立。”中国科学院上海天文台台长沈志强说,先辈科学家为我们这个世界搭建的理论模型,再次经受住考验。   上海天文台研究员路如森难掩兴奋:“黑洞的暗影区域和光环,相当于打开一扇窗,未来可以更好地重构黑洞‘吞噬’的物理过程,深入了解这个过程中发生的奇异事件。” 这是4月10日在比利时布鲁塞尔拍摄的新闻发布会现场。 新华社记者 张铖 摄

人类首张黑洞照片的三大看点

  人类获得的首张黑洞照片10日面世。这一重大科学成果由全球多国科研人员历经数年合作完成。那么,这张照片在科学上有多重要?拍到黑洞照片有多难?中国又发挥了什么作用?   “具有历史性意义”    两百多年前,就有科研人员设想宇宙中存在一种质量巨大、引力强到连光也无法逃脱的天体。爱因斯坦在一百多年前提出的广义相对论,可用于计算出这种天体的若干性质。但黑洞作为一个科学术语,直到20世纪60年代才由美国天体物理学家约翰·惠勒提出。   几十年来,黑洞引发人们无数遐想,但没有人知道它的真正模样。正因为这个,第一张黑洞照片才备受期待,被誉为“非凡的科研成果”,是天文学上的“重要里程碑”,“具有历史性意义”。   给黑洞拍照的“事件视界望远镜”项目科学委员会主席、荷兰奈梅亨大学教授海诺·法尔克告诉新华社记者,黑洞涉及人类对宇宙的根本了解,“我们的宇宙中有两大理论,爱因斯坦的相对论描述了宏观,量子力学描述了微观,但是在黑洞的边缘,相对论与量子力学无法协调,在那里可能会发现新的东西”。   美国亚利桑那大学天文学副教授丹尼尔·马罗内认为,黑洞之所以重要,是因为它在长时间尺度上会影响宇宙演化。但人们并没有完全了解黑洞如何吞噬物质,然后又将其中一部分以接近光速向外喷射,影响其所在星系。黑洞照片不仅将为广义相对论提供新信息,也有助于了解黑洞喷流的形成过程。   1919年,人们在非洲和南美出现日食时观测到光线的弯曲,从而验证了广义相对论相关预言的正确性。百年后发布的黑洞照片,又一次支持广义相对论。不由让人想起被多次重复的那句话:爱因斯坦又对了。   “上一代人不可能做到的事”    由于光线无法逃出黑洞,科研人员要拍的实际上是黑洞产生的“阴影”以及周围的吸积盘等,从而描绘出黑洞的轮廓。此次拍照的一个目标是代号为M87的超巨椭圆星系中心黑洞,它的质量是太阳的65亿倍,但离我们实在太远,达到5500万光年。   要拍摄这么远的对象,科学家模拟出口径像地球一样大的望远镜,这就是“事件视界望远镜”,它集合了分布在全球各地的多个射电望远镜。从智利阿塔卡马沙漠到南极冰原,从西班牙的高山到夏威夷的海岛,8个射电望远镜通过“甚长基线干涉测量技术”联合起来,成功拍到人类历史上第一张黑洞照片。   谈及给黑洞拍照的难度,项目协作委员会主席、德国马克斯·普朗克射电天文研究所所长安东·岑苏斯打比方说:“如果地球是平的,那使用这一技术可以从波恩看清纽约街头报纸上的字。”   经大约两年的数据处理及理论分析,照片才成功“冲洗”出来。照片展示了一个中心黑色的明亮环状结构,有点像甜甜圈,也与此前科幻电影《星际穿越》科学顾问根据相对论等模拟的黑洞图片相似。“事件视界望远镜”项目专家认为,与理论预测一致,这也证明拍到的就是黑洞。   “我们已经完成了上一代人认为不可能做到的事情,”项目主任、美国哈佛-史密森天体物理学中心的谢泼德·杜勒曼总结说,“技术的突破、世界上最好的射电望远镜之间的合作、创新的算法都汇聚到一起,打开了一个了解黑洞的全新窗口。”   此外,此次合作汇集了全球超过200名研究人员的共同努力,项目协调并非易事。项目科学委员会主席法尔克说:“不同文化、不同机构、不同国家和大洲(的科研人员)走到一起合作并不容易,但如果有共同愿景的驱动,有首次看到黑洞的共同梦想,合作就变得可能。”   “期待中国成为重要一员”    在“事件视界望远镜”项目中,中国科学院天文大科学研究中心(国家天文台、紫金山天文台和上海天文台)参与了位于美国夏威夷的东亚JCMT望远镜对黑洞的观测,多名中国学者是此次黑洞照片相关论文的作者。   不过,中国天文学界清醒地认识到目前的“参与者”角色。中国科学院国家天文台副台长薛随建指出,这次“算是重在参与”,但为在相关科研领域“机制性参与国际合作组织、逐渐发挥越来越重要的作用,做出了良好的示范”。   毫无疑问,“在中国科学界参与的三十米望远镜(TMT)等其他重大国际项目中,那些可预期和不可预期的重大发现将更加激动人心,”薛随建在接受新华社记者采访时说。   太空可能是中国未来能发挥更多作用的地方。法尔克说,今后要拍摄更好的黑洞照片,就需要比地球还大的望远镜,这就需要走向太空,“中国在射电干涉测量技术和太空探索方面的能力正快速增长,我期待未来中国能成为这个领域的重要一员”。   回顾与国际同行共同拍出人类首张黑洞照片的经历,中国科学院上海天文台研究员路如森说:“作为长期深度参与‘事件视界望远镜’国际合作的中国研究人员,我觉得这张黑洞照片是科学共同体的努力结果。科学对人类发展至关重要,人类的科学共同体也是人类命运共同体的重要组成部分。”        4月10日,中国科学院上海天文台台长沈志强主持新闻发布会,发布人类史上首张黑洞照片。新华社记者 方喆 摄

拍照难在哪?用难以想象的计划寻找“至暗信号”

  给黑洞拍照的难点,在参与此次大科学计划的专家眼中,可以用三个字来形容:“小”“暗”“扰”——细节太小,信号太暗,干扰太多。   黑洞如此遥远,寻找它如同从地球观察月球上的一个橘子,需要的望远镜口径超乎想象。况且,这个望远镜还要足够灵敏,才能“看”得清极其微小的细节。   自400多年前伽利略发明望远镜以来,人类科技水平的飞速提升让望远镜的口径越来越大、“分工”越来越细。但要给黑洞拍照,依靠人类现有任何单个天文望远镜都远远不够。   这是一个难以想象的大科学计划:用分布全球的8个观测点,组成一个口径如地球直径大小的虚拟望远镜。条件苛刻的观测点,包括夏威夷和墨西哥的火山、西班牙的内华达山脉、智利的阿塔卡马沙漠、南极点等。   要顺利拍照,不仅要“看”得远,还要选对频道。“对黑洞成像而言,最佳的波段进行观测至关重要,这个波段就在1毫米附近,成像的分辨率相当于能在黑龙江漠河阅读南沙群岛上的一张报纸。”路如森说。   不同的望远镜各有所长。正是给黑洞拍照的这一特殊要求,让包括“中国天眼”在内的一些大型望远镜“束手旁观”。   专家解释,这一波段的黑洞电磁波辐射最明亮,而背景“噪音”的干扰又最小。   拍照难,洗照也不易。望远镜记录下的海量数据,需要进行复杂的后期处理和分析,才能获取最终的黑洞图像。   以2017年4月的观测为例,每个台站的数据率达到惊人的32GB/秒,8个台站在5天观测期间共记录约3500TB的数据。专家表示,如果是像看电影一样不间断地看,这些数据至少需要500多年才能看完。   该国际合作项目负责人、哈佛大学教授谢泼德·多尔曼表示,10多年来,正是技术的突破、新望远镜的建成,最终使人类能够“看到”黑洞。

跻身一流,中国成为国际科学合作重要参与者

  从首张月背照片到首张黑洞照片,人类观测宇宙的新窗口正在不断打开。在探索宇宙奥秘的征程中,中国也不断贡献着智慧。   我国科学家全程参与了给黑洞拍照这项国际合作,在早期推动这一项国际合作、望远镜观测时间申请、夏威夷望远镜观测运行、后期数据处理和理论分析等方面均做出了贡献。   沈志强说,基础科学研究的国际合作是大势所趋,但很多时候不能只靠经费投入“凑份子”,前期研究和人才积累是取得合作“话语权”的重要因素。   从“中国天眼”(FAST)到“世界巨眼”(SKA),从人类基因组测序到泛第三极环境研究,近年来,中国参与国际合作的广度和深度不断加大,在吸收世界创新养分的同时,也不断贡献中国智慧。   随着全球射电天文学方兴未艾,接连涌现类星体、脉冲星、星际分子和微波背景辐射四大天文发现。近年来,我国陆续建成多座射电望远镜,口径从25米到65米再到500米,从追赶到并跑,天文学研究开始逐步跻身一流。   “过去一二十年间,中国在射电天体物理学、天文学等领域取得了巨大进展,在此次国际合作中做出了不可或缺的贡献。”荷兰奈梅亨大学教授海诺·法尔克说,随着中国的射电干涉测量和太空探索能力迅速增长,中国将成为国际科学合作的重要参与者。   黑洞的顺利成像不是终点。   主持欧洲地区发布会的德国马克斯·普朗克射电天文研究所所长安东·岑苏斯强调,未来还将增加望远镜的数量,甚至对新的黑洞进行观测,继续验证广义相对论的有关预测,借此了解星系的形成和演进,为人类解开更多奥秘……   爱因斯坦说,科学是永无止境的,它是一个永恒之谜。   “在伟大梦想的支持下,人类科学探索的脚步,将永不停歇。”沈志强说。

黑洞照片开启直接观测黑洞的序幕 天文学家期待更多发现

  人类首张黑洞照片北京时间10日晚在全球多地同步“惊艳”亮相,引发广泛而持续关注。不同于普罗大众对黑洞照片“戏谑狂欢”的接力,天文学家表示,事件视界望远镜(EHT)成功获得超大黑洞的第一个直接视觉证据,不仅首次试验验证了爱因斯坦的广义相对论,也开启了直接观测黑洞的序幕,期待未来有更多科学发现和研究成果。   “这次(获得黑洞照片)是世界上望远镜协同观测取得的巨大成功,开启了直接观测黑洞的序幕。”中国科学院国家天文台副台长薛随建对中新社记者说,预计EHT这个1.3毫米波段的综合孔径成像技术还有很大的进步空间,例如增加更多望远镜,或者现有望远镜的升级还能使得成像更加清晰,对黑洞质量以及自转参数测量精确。同时,也有望扩大观测样本,实际上每个星系的中心都隐藏一个大质量的黑洞,以更加精确检验广义相对论理论。“这方面人类的好奇心,也驱动技术的不断进步和迎接新挑战,在更短的波段,比如亚毫米波,不断提高成像的分辨率,去揭示更多的科学细节”。   他指出,EHT项目这次发现的重大意义还在于展示了一个数百亿公里范围人类还无法认知的时空区域,在这里面所有的物理理论都无法自洽的描述其物理状态,“人类认知的挑战如此具体和实在,相信一定有突破的那一天,这也是天文学重大发现将又一次带动物理学革命的鲜活实例”。   全世界200多位科学家合作完成的一项重大天文学成果——人类首张黑洞照片,北京时间4月10日晚在全球多地同步发布。事件视界望远镜(EHT)宣布,已成功获得超大黑洞的第一个直接视觉证据,该黑洞图像揭示了室女座星系团中超大质量星系M87中心的黑洞,它距离地球5500万光年,质量为太阳的65亿倍。   人类首张黑洞照片的图像揭示了室女座星系团中超大质量星系M87中心的黑洞,它距离地球5500万光年,质量为太阳的65亿倍。在EHT上海发布会上,中科院上海天文台台长沈志强研究员强调,“对M87中心黑洞的顺利成像绝不是EHT国际合作的终点站,我们期望也相信在不久的将来EHT会有更多令人兴奋的结果”。   他接受媒体采访时说,基础科学研究的国际合作是大势所趋,希望通过成功开展EHT国际合作,能提升中国在黑洞探测等方面的研究能力,并未来参与国际大项目合作有很好的借鉴作用。   EHT观测使用了甚长基线干涉测量(VLBI)技术,观测波段是1.3毫米。世界各地的射电望远镜同步观测,同时利用地球自转,形成一个口径如地球大小的“虚拟”望远镜,最终成功获得5500万光年外的超大黑洞照片。   沈志强介绍,参与EHT项目的中国科学家,不仅通过联合运行位于夏威夷的James Clerk Maxwell望远镜(JCMT)开展观测,还积极利用中日韩组成的东亚VLBI网,在整个EHT项目观测期间对M87黑洞进行非常密集的观测。因为波长越短,分辨本领越高,中科院上海天文台希望从1.3毫米迈向更短的波长,已在今年3月份开展新的1毫米VLBI技术测试,希望通过这样一个新技术,在更短波长上的探测,能够得到更多来自银河系中心(银心)黑洞、M87超大质量黑洞以及更多宇宙间黑洞的信息。   “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。”中科院国家天文台研究员、恒星级黑洞爆发现象研究创新团组负责人苟利军指出,在EHT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广义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”。   他认为,人类首张黑洞照片的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,这次就对M87中心的黑洞质量做出一个独立的测量。不过,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”。   中科院上海天文台研究员路如森说,经过近两年的数据处理和分析,首次全球合作的EHT观测数据获得M87星系中央黑洞的图像已经面世,为验证广义相对论提供了最直接的视觉证据。JCMT还将新安装一个345GHz的接收机用来进行下一轮EHT观测,这意味着未来将得到更清楚的VLBI图像,也是对目前结果的多重验证。“如果说黑洞的图像是EHT系统开出来的花朵,那就让这朵花开得更绚丽些吧”。   他表示,对M87黑洞的顺利成像将激发人们对于黑洞研究的更多兴趣和热情。目前,对2017年M87黑洞的观测数据仍在继续分析中,研究人员希望通过对辐射的偏振研究来获取黑洞周围的磁场性质,这对理解黑洞周围的物质吸积及喷流形成至关重要。同时,另一个最佳成像候选体——银心黑洞的质量更加确定,相信随着后续更多的观测台站加入EHT,以及数据质量(灵敏度)的提升,“我们完全有理由相信,在不久的将来EHT能够获得银心黑洞更加清晰的图像”。   (综合新华社、中新网)