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从拍摄到公布历时5年!人马座A*黑洞的成像为何如此困难?

发布时间:2022-05-23 12:33    来源:114资讯

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原标题:从拍摄到公布历时5年!人马座A*黑洞的成像为何如此困难?

央广网北京5月13日消息 据中央广播电视总台中国之声《新闻超链接》报道,5月12日21时07分,包括上海在内的全球七地同时召开新闻发布会,事件视界望远镜(EHT)合作组织正式发布了银河系中心黑洞人马座A*的首张照片。

5月12日公布的银河系中心黑洞人马座A*的照片

2019年,EHT合作组织发布了人类捕捉到的第一张黑洞照片,这张三年前公布的黑洞照片的主角,来自M87星系,距离地球大约5500万光年,而这一次拍摄的人马座A*黑洞,距离地球相对近很多,只有2.7万光年。

为什么人马座A*黑洞距离我们更近却更模糊?拍摄到这张黑洞照片有何意义?黑洞照片被呈现在公众面前需要经历怎样的过程?

更近却更模糊?这是什么道理?

上海天文台EHT合作成员,上海天文台副研究员江悟介绍,首先,人马座A*黑洞的变化更快。人马座A*黑洞的质量远小于M87星系的黑洞,约等于400万个太阳,而之前被拍摄到的M87星系黑洞的质量约等于65亿个太阳,大约是人马座A*黑洞质量的1500~1600倍。

黑洞周围气体围绕黑洞转动的速度接近光速,黑洞越小,气体绕黑洞转动一周的时间越短。在相同时间内,气体绕人马座A*黑洞的圈数更多,所以人马座A*黑洞变化更快。在长时间的曝光拍摄下,快速运动的人马座A*黑洞的图片更容易出现重影。同时,人马座A*黑洞位于银河系中心,从银河系的银道面向银河系中心进行观测需要穿过很多气体与尘埃,这些气体与尘埃将产生散射,增强模糊效果。

实际上,人马座A*黑洞和M87星系的黑洞是同期拍摄的,都是在2017年4月份就进行了拍摄活动。但在数据处理时发现银心黑洞的成像更具挑战性,因此科学家们先从更易成像的M87星系黑洞入手,计划在积累了更多的数据处理经验后再来处理复杂的人马座A*黑洞图片。

参与观测人马座A*黑洞的望远镜比观测M87黑洞的望远镜更多,人马座A*黑洞的数据处理也更困难,科学家们在成图上花费了很多时间,为了提高清晰度,开发了多项新技术,将与观测数据吻合的所有照片都冲洗了出来,并筛选出最好的照片生成照片库,之后又进行进一步挑选。

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拍摄到这张黑洞照片有何意义?

2020年诺贝尔物理学奖被授予了英国科学家罗杰·彭罗斯、德国科学家莱因哈德·根泽尔和美国科学家安德里亚·格兹,表彰他们在“黑洞研究及发现银河系中央的超大质量天体”方面的贡献。颁奖词中表明科学家们证明了在银河系中心有一个大质量的天体,但并未明确表示这一天体是黑洞。此次人马座A*黑洞的照片证明了“银河系中央的超大质量天体”确实是一个黑洞。

江悟表示,目前得到的关于人马座A*黑洞的图片是黑洞的亮度分布图,之后会对图片进行偏振处理,探究黑洞外缘区域,得到该黑洞周围磁场的一些信息。

目前的两张照片呈现出的黑洞的差异性较大,便于科学家展开对照研究。一方面,两个黑洞的宿主星系不同,M87星系是椭圆星系,银河系是棒旋星系。另一方面,这两个黑洞的质量也不同。对两个黑洞展开对照研究不仅能够帮助我们理解黑洞,也能够帮助我们更好地理解这两个星系。

科学家们还计划之后能够通过后期处理让黑洞的照片动起来,呈现出黑洞变化的过程。

黑洞照片要经历怎样的过程才能呈现在公众面前?

一张黑洞照片的公布需要经过观测、数据的处理、成图分析等多个过程。

对黑洞进行观测需协调分布于不同半球的多台望远镜共同参加,且拍摄对天气的要求极高,必须是干燥的晴天。科学家会在每年的3月底或4月选择连续的5至7天时间开展联合观测。

以此次人马座A*黑洞的观测为例,它的一个观测台站位于南极,到达南极的航次较少,需要等上半年时间,等到10月份航班开通以后才能将观测数据送往集中处理数据的地方。数据集中处理要确认各个细节,可能又要花费半年。初期处理后还要结合台站当时观测的状态,对前期处理的数据进行后处理,例如数据校准。完成后进入成图阶段,较为稳定的M87星系黑洞的成像花费了半年左右,而人马座A*黑洞的成像则是花费了1年半到两年的时间。江悟表示,随着处理经验的丰富,希望未来尽量将成像时间压缩到一年。

宇宙包罗万象,江悟认为,无论是天上一闪一闪数不清的恒星,还是存在着许多未解之谜的黑洞都是令人着迷的,都应该被观测,以探究更具普适性的科学定律,同时研究宇宙中多样的天体也能加深我们对地球的认知。

监制:白中华

记者:富赜 鹤佳

编辑:潘雨薇 彭毓姬 返回搜狐,查看更多

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