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视界面望远镜:将为黑洞拍下史上第一张“照片”

中科院物理所  · 公众号  · 物理  · 2017-04-08 09:50

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图二:恒星级黑洞系统示意图


理论很丰满,现实很骨感。以我们的银河系为例,根据理论推算,银河系中应该存在着上千万个恒星量级的黑洞,可到目前为止,我们只确认了20多个黑洞的存在,此外还有四五十个黑洞候选体。要最终真正确认一个天体是否为黑洞,我们还需要做出更多测量与计算。要探测一个从几十万个太阳质量到几十亿甚至上百亿个太阳质量的超大质量黑洞,挑战就更大了,科学家们为了确认银河系中心黑洞Sgr A*的存在,着实费了不少力气。


二、望向银河中心黑洞的视界面,犹如在地球上看月球上的橙子


发现黑洞已如此不易,给它拍照岂不是更难?从17世纪初人类发明望远镜至今,天文望远镜的口径已变得越来越大,从最早的2.5厘米口径,到目前最大的10米口径光学望远镜,还有我国贵州的500米口径射电望远镜,下一代更大口径的望远镜也正在计划或建设当中,这些望远镜无一不凝结了人类的智慧,甚至代表了人类社会的最高科技水平。然而,要想观测遥远黑洞,依靠目前任何单个望远镜都还远远不够。


因此,在过去10多年时间里,麻省理工学院(MIT)的科学家们联合了其它研究机构的科研人员,开展了激动人心的“视界面望远镜”项目,全球多地的8个亚毫米射电望远镜将同时对黑洞展开观测(见图三)。这八兄弟北至西班牙,南至南极,它们将向选定的目标撒出一条大网,捞回海量数据,为我们勾勒出黑洞的模样。这些望远镜分别是:


(1)南极望远镜(South Pole Telescope)

(2)位于智利的阿塔卡马大型毫米波阵(Atacama Large Millimeter Array,ALMA)

(3)位于智利的阿塔卡马探路者实验望远镜(Atacama Pathfinder Experiment)

(4) 墨西哥的大型毫米波望远镜(Large Millimeter Telescope)

(5) 位于美国亚利桑那州的Submillimeter Telescope

(6) 位于夏威夷的麦克斯韦望远镜(James Clerk Maxwell Telescope,JCMT)

(7)位于夏威夷的亚毫米波望远镜(Submillimeter Array)

(8)位于西班牙的毫米波射电天文所的30米毫米波望远镜。


它们多数都是单一望远镜,比如夏威夷的JCMT和南极望远镜;也有望远镜阵列,比如ALMA望远镜是由70多个小望远镜构成。


图三:望远镜在全球分布示意图,红点代表望远镜所在地


视界面望远镜此次观测目标主要有两个,一是银河系中心黑洞Sgr A*,二是位于星系M87中的黑洞。之所以选定这两个黑洞作为观测目标,是因为它们的视界面在地球上看起来是最大的。其它黑洞因为距离地球更远或质量大小有限,观测的难度更大。


Sgr A*黑洞的质量大约相当于400万个太阳,所对应的视界面尺寸约为2400万公里,相当于17个太阳的大小。哇,超大!!然而……地球与Sgr A*相距2万5千光年(约24亿亿公里)之遥,这就意味着,它巨大的视界面在我们看来,大概只有针尖那么小,就像我们站在地球上去观看一枚放在月球表面的橙子。








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