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看天文学家如何一步步揭秘银河系中心黑洞

发布时间:2022-05-23 14:03    来源:114资讯

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原标题:看天文学家如何一步步揭秘银河系中心黑洞

新华社客户端上海5月13日电(记者张建松)如果将宇宙想象为无边无际的大海,星系就是大海中的一座座小岛,我们地球所在的银河系也是其中一座。

银河系中心有一个超大质量黑洞—天文学家这一发现曾荣获2020年诺贝尔物理学奖。北京时间5月12日晚,包括中国在内的全球多地天文学家,同步公布了这个超大质量黑洞—人马座A*的照片。

一项国际科学计划绘制的银河系结构图,红点处为太阳系。(上海天文台供图)

这是人类探索银河系漫长历史过程中一座崭新的里程碑。在一代代天文学家长达400多年的接续努力下,银河系中心黑洞正在揭开神秘面纱。这个超大质量黑洞距离太阳系约2.7万光年,质量超过太阳质量的400万倍,是目前所知距离地球最近的一个超大质量黑洞。

据中国科学院上海天文台台长、EHT合作国内协调人沈志强研究员介绍,1610年,伽利略用望远镜对着银河,发现尽管银河肉眼看上去像云一样,但实际上包含了很多恒星。1785年,英国天文学家威廉·赫歇尔(William Herschel)针对望远镜分解出的这些恒星,绘制了银河系的粗略地图。

1918 年,美国天文学家哈罗·沙普利(HarlowShapley)定位出银河系的中心。他利用造父变星距离测量,确定出银河系内一簇球状星团晕,是围绕着某个中心在旋转运动,该中心在人马座的一块天区当中。但那块区域在可见光波段被很厚的气体和尘埃所遮挡,因此无法被当时的望远镜看到。

随着射电技术登上历史舞台,这一难题迎刃而解。因为射电辐射可以穿透尘埃,抵达地球,被天文学家观测研究。被誉为“射电天文之父”的卡尔·央斯基(KarlJansky)是贝尔电话实验室的一名工程师,他于1932 年首次发现了来自太空的射电波。

后续的研究表明,央斯基探测到的射电波正来自于银河系的中心区域,后来这片区域被称作人马座A。1951年,澳大利亚天文学家进一步缩小发射源可能存在的范围,并表明它很可能就来自银河系中心。

1974 年,布鲁斯·巴里克(Bruce Balick)和罗伯特·布朗(RobertBrown)利用美国国家射电天文台绿岸望远镜,发现了银河系中心有一个非常亮而致密的射线源,布朗称之为人马座 A*(SgrA*)。此后,主流的解释是,银河系中心存在一个黑洞,它提供了射电辐射的能量来源。

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2002年,马克斯·普朗克外空物理学研究所的莱因哈德·根泽尔(ReinhardGenzel)小组,公布了一颗恒星S2围绕人马座A*运动的结果,这颗恒星他们监测了10年。这个结果表明:银河系中心的天体质量大于400万倍太阳质量。

针对人马座A*这个神秘射电发射源,中国科学院上海天文台沈志强研究员领导的一个国际天文研究小组,利用国际先进的甚长基线干涉阵(VLBA),于2002年11月3日成功获得了人马座A*在3.5毫米波长上的首个图像,并进而确定该源的真实直径与地球轨道半径相当。

也就是说,这个至少400万倍于太阳质量的人马座A*,所占区域的直径只有1.5亿公里,强烈地支持人马座A*是超大质量黑洞的物理解释。

2009年,另一个小组公布了更多的恒星绕行的观测结果。这些结果表明位于银河系中心的天体很大可能是黑洞,因为没有其它已知的天体能在这么小的区域聚集这么大的质量。该研究以及其它关于人马座A*的研究,成为“银河系中心存在超大质量黑洞的最有力证明”。根泽尔和安德莉娅·盖兹(AndreaM. Ghez)因此获得2020 年诺贝尔物理学奖。

2012年之后,世界各地天文学家决定组成一个团队,联系全球的射电望远镜以观测黑洞的事件视界,并将该计划定名为“事件视界望远镜”(EHT)。给黑洞拍照的“事件视界望远镜”(EHT)由分布在世界多地的地面望远镜组成、形成一台口径相当于地球般大小的“虚拟望远镜”。

2019年4月10日,“事件视界望远镜”(EHT)合作组织发布了人类历史上第一张黑洞照片,那个黑洞位于M87的星系中央,距离地球5500万光年,其质量是太阳的65亿倍。

2022年5月12日,银河系中心黑洞的首张照片发布。来自“事件视界望远镜”(EHT)合作组织的270位科学家参与了此项研究。上海天文台天马望远镜作为东亚VLBI网主力测站,在联合观测中贡献了一份力量。

“拍摄一部银河系中心黑洞的‘电影’,是下一代EHT的追求。我们正在规划建设中国的亚毫米波VLBI望远镜,以期参与到对银河系中心黑洞的24小时不间断的接力观测中。”沈志强说。

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来源:新华社返回搜狐,查看更多

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