带你看银河系中心的超大质量黑洞 (银河系超大质量黑洞是如何成像)

距离我们地球超过 27000 光年远的银河系中心有一个超大质量黑洞,它的质量是太阳质量的 400 万多倍。但人类从未看到过。

直到今天。 银河系中心的谜团终于解开了。

带你看银河系中心的超大质量黑洞,银河系中心超大质量黑洞被证实

5 月 12 日绝对是历史性的一天,因为 事件视界望远镜 (EHT) 团队的天文学家发布了第一张位于我们银河系中心的超大质量黑洞的图像。

这张照片是 300 多名科学家和全球八个主要天文台网络的观测结果。

这颗庞然大物距离地球约 27000 光年,被命名为人马座 A*,质量是太阳的 400 万倍。

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当然,这不是人类的第一张黑洞照片——这个团队早在 2019 年 4 月 10 日就公布了另一个遥远的星系 M87* 的黑洞照片。

但银河系中心的黑洞照片才是我们最想要的。

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所以,到目前为止,天文学家算是获得了两个超大质量黑洞的直接图像:一张在银河系,另一张是在 2019 年拍摄的梅西耶 87 星系。虽然这两个黑洞的照片看起来很相似,但它们本身却有很大的不同。与人马座 A* 相比,M87 的超大质量黑洞是太阳质量的 65 亿倍,距离地球约 5500 万光年。根据天文学家的说法, 如果人马座 A* 是一个甜甜圈那么大,那么 M87 黑洞就是一个足球场那么大。然而M87 也比人马座 A* 远 2000 倍。所以成像后大小又差不多大。

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虽然银河系人马座 A*黑洞 距离更近,但它位于银河平面内部,这意味着地球望远镜需要透过厚厚的星际气体、尘埃和等离子体进行观察。而且银河系这个黑洞太小,质量仅是太阳质量的 430 万倍,所以很难观测,现在才有结果。

长期以来,科学家们就一直认为,隐藏在我们银河系十分混乱的中心区域深处、那颗超大质量黑洞是那里发生的各种奇异事件的唯一可能解释,例如 ,很多超级大的恒星在以相当夸张的速度绕着银河系中心一片黑暗区域飞速运转。

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有趣的是,天文学家之前一直不愿直截了当 地说那就是颗黑洞。当天文学家 Reinhard Genzel 和 Andrea Ghez因在人马座 A* 上的工作获得了2020 年诺贝尔物理学奖时,他们的引文中明确指出,他们因“ 在银河系中心发现了一个超大质量致密天体 ”而获奖,他们非常谨慎地没有称之为“黑洞”。

如今, 再也不用含蓄严谨地说那是个致密天体了。

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什么是黑洞?

事实上,根据最近的一项研究,可观测宇宙(其直径约为 900 亿光年)拥有大约 40 万亿个黑洞。

然而,它们非常神秘,以至于科学家20-30 年前甚至不确定它们是否存在 。

黑洞的谜团很大一部分是因为我们看不到它们,因为光无法从其中逃脱,因此我们看不到它发出的光。这就是为什么科学家知道黑洞存在的唯一方法,是研究它对周围物质的巨大引力。

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关于黑洞有着一段迷人的历史。爱因斯坦在 1915 年的广义相对论中首次预测了它们。尽管他自己的计算结果显示这种东西可能存在,但爱因斯坦并不相信大自然可以将具有恒星那么大质量的物体压碎到如此紧凑狭小的空间中。然而,在第一次世界大战期间,在德国前线战壕中战斗的天文学家和物理学家卡尔·史瓦西,最终设法证明了它们确实存在

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所以银河系黑洞的新图像也算是爱因斯坦广义相对论的又一个证明。

但即使有了照片,对于这些巨大的宇宙物体,我们对黑洞的了解也并不多。我们只知道它们如何影响周围的物质。

不过,黑洞又特别“简单”。

恒星可以在很多方面有所不同,红巨星,白矮星,中子星等等各种各样。

而所有的黑洞却完全相同。

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黑洞的性质几乎就像一个基本粒子,就像电子这种基本粒子一样:它有一定的电荷,一定的质量,它以一定的方式旋转,然后就跟任何其他黑洞绝对没有区别。

为什么可以拍到银河系黑洞?

人马座 A* 黑洞是我们自己星系的超大质量黑洞,本质上是我们整个银河系围绕其旋转的中心点。黑洞会困住所有落入其中的东西,包括光,所以本质上讲,黑洞是看不见的。

但是黑洞引力如此之大,会极度扭曲周围的时空,以至于黑洞本身被它吸积的物质发出的光照亮后,会投下一个“阴影”。阴影大约是黑洞 事件视界( 黑洞的边界称为 视界) 的两倍半。

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而事件视界望远镜EHT并不是一台狭义的望远镜。你可以称它为一种技术。这种技术联合了世界各地六个地点的八台射电望远镜:智利、墨西哥、西班牙、夏威夷、亚利桑那州,甚至南极,最终合体形成了一个地球大小的虚拟望远镜,加起来反而成了天文学中分辨率最高的仪器。

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并且靠 使用一种称为超长基线干涉测量法 (VLBI) 的技术来捕获这种黑洞阴影的图像。

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如今科学家肯定不会止步于这张漂亮的黑洞照片。

因为EHT收集的数据不仅可以揭示超大质量黑洞的形成,还可以揭示它们在早期宇宙中所扮演的角色,以及它们在星系中心未来还要一直扮演的角色。

本质上,星系就是这些黑洞的家园,和食物来源。

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至于黑洞内部到底如何,没有人知道。

那里是人类永远无法探究的禁区!