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注视深渊:人类史上第一个黑洞演化印象面世

地理物理学家曾在 2019 年 4 月 10 日发布了人类前史上的首张黑洞相片,其时引起巨大颤动。

现在,一年多时刻曩昔,人类史上第一个黑洞演化印象面世了。完结这个印象的研讨团队,是一个观测点遍及全球的、名为事情视界望远镜的世界观测台联盟。前述首张黑洞相片也是由这支全球联合团队拍照的。

相片和印象的主角,都是坐落 M87 星系中心的黑洞。EHT 的研讨人员在依据 2017 年的观测数据发布黑洞相片后,持续顺藤摸瓜,对其在 2009 年至 2017 年间对 M87 黑洞的前史观测数据进行了剖析,并以此成功生成了多张 M87 黑洞的老相片,随后,他们将几张相片连在一起按时刻次序切换放映,所以便生成了一段 M87 黑洞在 2009 至 2017 年间的低帧演化印象。

黑洞相片

M87 黑洞距地球约 5500 万光年。2019 年 EHT 发布的其首张相片,是由 ETH 成员地理台在 2017 年 4 月的两个晚上所搜集的数据生成,视界的表面,特别是中心区域不太发光的暗影,与广义相对论关于黑洞表面容貌的猜测相符,并为 “黑洞视界存在暗影区域” 供给了首个直接观测依据。

图 | 2019 年发布的坐落 M87 星系中心的黑洞的相片,图中发光区域的内侧为黑洞视界的鸿沟

而相片中 “发亮区域的一侧看起来比另一侧更亮”,也与黑洞邻近的杂乱动力学理论的预期相符,那些被吸入黑洞的物领会先在黑洞外围高速旋转,构成黑洞的吸积盘,而其中发亮区域一侧比另一侧更亮的外观,则是由多普勒效应形成,也便是假如咱们从相片所选用的观测方向的反方向观测 M87 黑洞,咱们会发现黑洞的“上方” 更亮,“下方”更暗。

被忘记的数据

依据对 2017 年 4 月两个晚上的观测数据的剖析经历,EHT 的研讨人员接下来又对地理台自 2009 年起对 M87 黑洞的前史观测数据进行了剖析。

尽管起先 EHT 在全球仅有三个地上望远镜设备对准 M87 黑洞进行观测,且直到 2017 年才将观测 M87 的全球观测站数量扩大到了能实践产出图画的水平,但 EHT 在 2017 年的数据集之前,就现已对 M87 黑洞建立了 2009、2011、2012 和 2013 四个按年份区分的观测数据集。

图 | EHT 观测网与 M87 黑洞理论表面随时刻的演化

论文首要作者、哈佛大学的地理学家 Maciek Wielgus 说:“从某种意义上来说,这些前史数据是被咱们忘记了,因为观测站数量的添加,其时咱们都对 2017 年的数据爱好很大,因此在 2019 年发布的研讨结果中,咱们能够说是只剖析了 2017 年的数据,而没有对那之前的数据集进行太多处理。”

在本次宣布的研讨中,Maciek Wielgus 和搭档依据之前剖析数据的经历,把 2009 至 2013 年的四个数据集也别离生成了相片,结果与理论预期相符,与 2017 年的相片相同,都展示了黑洞 “具有视界暗影” 和由多普勒效应导致的 “一边亮一边暗” 的表面。

但值得注意的是,结合 2017 年的图画来看,在从 2009 至 2017 年一共五个数据集所别离生成的图画中,视界的较亮区域和较暗区域应该是在这几年中一直都在移动,但依据此次宣布的论文所给出的说法,这一现象并未“令人感到意外”。

明暗方位之变

图 | M87 黑洞的吸积盘模拟图,旨在体现出其动态特征。

具体来说,M87 黑洞自身其实应该并没有发生改变,图画中的明暗区域移动对应的可能是黑洞周遭环境的改变。

一般来说,在只是几周的时刻里,黑洞的强磁场就能搅动吸积盘,在吸积盘中发生温度极高的区域,并使其绕黑洞旋转,从而持续发光发热以至于让咱们能观测到。而因为此前的前史观测数据精度受限,比方没有满足多的观测站,缺少数据等。

就现在而言,此次研讨所展示的这种明暗区域改变,或许能够阐明两个方面,一是依据广义相对论,事情视界的暗影直径不会随时刻改变,二是咱们方才所说到的,可能是黑洞周遭环境中的物质改变形成了这种现象,但无论如何,从 EHT 自 2009 年以来不断提高的数据搜集才能来看,人类现在现已开始具有了 “对世界中的极点物理环境” 进行准确观测的才能。

Maciek Wielgus 说:“了解黑洞邻近这种超级极点环境下的物质间相互作用,对物理学开展来说至关重要。要知道,在没有 EHT 之前,咱们能观测到的黑洞数据就好比是一张分辨率只要单个像素的图片,咱们能从中得知亮度的改变,但并不能清楚地知道终究发生了什么。”

现在,EHT 正在剖析其 2018 年所发生的观测数据,并方案于 2021 年投入全球总计 10 个观测站对 M87 黑洞进行进一步观测,而假如能产出满足精密的有用数据,EHT 未来针对 M87 黑洞的观测活动或能协助科学家们进一步了解黑洞邻近环境中物理学,乃至在学界内激宣布一些与黑洞自旋、黑洞磁场强度以及黑洞周围物质等离子体微观物理学有关的新见地。

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