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台湾中研院10年前投入 世界首张黑洞照片这样拍出来

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发表于 2019-4-11 20:03:42 | 显示全部楼层 |阅读模式
人类史上首张黑洞照片昨晚曝光,包含台湾在内六地同步直播。

全球首张黑洞照片,台湾时间4月10日晚9点7分曝光,包括台北在内共六座国际城市,同步曝光这张令全球观众屏息的神祕照片。此一照片不仅支持科学家爱因斯坦提出的广义相对论,也象徵台湾和全世界顶尖科学家联手,树立人类历史的重要里程碑。

台湾中研院与科技部4月10日晚八时半召开「事件视界望远镜(EHT)首次成果发表记者会」,此一记者会将与美国华盛顿、智利圣地牙哥、日本东京、丹麦哥本哈根、大陆上海等五座城市同步召开,向全球观众直播集合全球顶尖望远镜之力,首次完成的黑洞影像,解开宇宙最大的奥秘。

各场发表会主持人包括中央研究院院长廖俊智、美国国家科学基金会主任France A. Córdova、欧盟研究科学创新执委会委员Carlos Moedas、ALMA天文台台长Sean Dougherty、欧南天文台台长 Xavier Barcons等。用中、英、日、西班牙等多国语言,向全世界宣布此一震撼人心的世纪大发现。当萤幕上秀出黑洞的照片时,全场响起热烈掌声。

中研院天文所中村雅德博士、科技部次长谢达斌、中研院院长廖俊智、中研院天文所副研究员浅田圭一、中研院天文所黄智威博士等人一起召开记者会,与丹麦记者会的天文所院士贺曾朴现场连线。

中研院天文所主导的北极圈天文观测站「格陵兰望远镜」,去年四月正式加入「事件视界望远镜(EHT)」计划的观测。此计划目标是透过全球各地众多电波望远镜相连,形成高影像解析度的全球阵列,观测星系中的超大质量黑洞,并进一步验证爱因斯坦的广义相对论。台北因此成为此次黑洞影像公布记者会全球六大直播城市之一。

本次公布的影像显示了一个位于M87星系中心的黑洞 ,M87星系黑洞与地球相距5500万光年,质量为太阳的65亿倍。中研院天文所副研究员浅田圭一指出,观测到的黑洞结构宛如新月,中央则是黑暗的,跟之前科学家预测的黑洞理论符合。他透露,去年6月便已得到此结果但保密,中研院天文所人员成为人类第一批看到黑洞的人,大伙合照时,用手势比出黑洞的形状作暗语。

浅田指出,此次观测结果有三大意义,一是揭开黑洞的神祕面纱,二是探索极限条件下重力理论的新工具,三是成为研究黑洞相关天文物理的先锋。中研院天文所中村雅德博士则表示,此次观测到的影像黑洞暗影是中央暗部,外层围绕著光环。与爱因斯坦广义相对论所预期的旋转黑洞所产生的暗影相符,也支持M87星系中心有旋转的超大质量黑洞存在。

黑洞是宇宙中极度压缩的物体,在极小区域内含有极大质量。黑洞的存在会影响其周围环境,使时空变形并加热周围物质而发光。爱因斯坦提出的广义相对论预测,这种高热物质将「照亮」遭时空强烈扭曲的区域─导致「暗影」出现。EHT科学委员会主席Heino Falcke指出,此次观测结果支持爱因斯坦理论,「但过去从没有人见过」。

廖俊智指出,此为史上第一张超大质量黑洞影像,「这是一个空前的纪录」。全球八个参与此计画的观测站中,中研院天文所参与三个观测站,负责其中四个望远镜的建设与运转。他希望透过此次记者会,告诉国人,台湾在世界重要的科学研究之中,占有一席之地。

中研院天文所与台湾国家中山科学研究院携手合作在格陵兰组装望远镜。前年十二月第一次接收到来自太空的电波讯号,并在去年初与智利的ALMA同步观测,从这两个相距将近一万公里的地点,观测同样天文目标,并成功获得其间的干涉条纹;去年四月正式加入观测黑洞的EHT计画。

浅田圭一认为,此次结果证明台湾主导的格陵兰望远镜,未来在测试广义相对论时,将扮演不可或缺的角色。中研院天文所研究员陈明堂透露,正研究如何将此一望远镜移至格陵兰峰顶,以及如何在峰顶建造望远镜基地。预期未来能以十倍优于现在成果的更佳解析度,获取黑洞阴影的图像。

谈到台湾在此项研究扮演的角色,中研院表示,EHT的研究结果将是人类第一次能够验证黑洞是否存在于宇宙之间的理论,也是爱因斯坦广义相对论问世百年后,对该理论最终的科学验证。中研院十年前便开始加入此计画,台湾的天文学者投入的研究资源与人力,带给人类知识突破性进展;这也是台湾身为地球村的一分子,带给国际社会最有价值的贡献。

谈到「黑洞」,你我心中会浮现出一个画面。然而,我们印象中的「黑洞」画面,都是电影或艺术家所虚拟,真正的黑洞模样,从来没人能拍到。

黑洞本身是「黑」的,实际上看不到;但因为大黑洞在中间,光线会转弯,造成左侧比右侧更亮,中间黑色部分是黑洞的「阴影」。这些阴影和光亮形成黑洞周围的混沌状态,是天文学家尝试要捕捉的黑洞影像。这个浑沌状态称为「事件视界(event horizon)」,「事件视界望远镜(event horizon telescope,简称EHT)的名称因此而来。

但要找到一个可以拍摄黑洞影像的天文望远镜,实际是不可能的,因为它必须要拥有如一个地球大的口径,才能捕捉黑洞影像。要制造「口径如一个地球大的望远镜」听来不可思议,EHT研究团队想出一个办法,他们集合散布世界各地的顶尖望远镜,这些望远镜运用超长基线干涉技术,同时观测黑洞的某个方位,再将观测到的数据拼凑起来,其效果等同一个「口径如一个地球大的望远镜」,便可完成黑洞的照片。

浅田圭一表示,研究团队选择M87星系中心做观测。M87是活跃星系,距离地球5,500万光年,从过去观测已经知道M87有个超大质量黑洞,其质量大概是30亿个太阳质量(太阳质量的65亿倍),以过去的科技观测,看起来是一团模糊,因此,EHT创造地球大小的阵列望远镜,以便解析M87星系中央黑洞的细节。

浅田圭一解释,所有光线都不能逃出黑洞,所以没办法直接观测黑洞,而是以黑洞附近暗影阴暗部位做观测。当光线靠近黑洞附近,因为黑洞的强大重力,光线会被弯曲,当到一个特定尺度时,光线就会掉到黑洞里面形成暗影区域,暗影区域是黑洞实际事件的2.5倍大。

EHT2017年使用8座望远镜阵列观测M87黑洞,其中3座由中研院天文所操作。浅田圭一指出,在观测结束后一年,经过冗长复杂运算,终于获得M87黑洞影像,这影像包含两重要细节,结构看起来像新月状的环,以及影像中间是黑暗的。量测到的影像大小是42个微角秒,跟用电脑模拟超大质量黑洞的预测相符合。在7天观测期间,每天都得到一致性影像,研究团队确定观测到黑洞及其暗影,且是人类史上第一次。

浅田圭一说,为了计算M87黑洞影像,共有4个独立团队使用3种不同方式计算,4个团队得到的影像都是一致的,2018年6月结果已呈现在世人面前。中研院天文所小山博士所带领的成像小组,在2018年会议之后曾看到黑洞影像,但当时资料是机密的,中研院天文所成员是人类中,第一批看到黑洞的人之一。

M87黑洞结构部分,中研院天文所副研究员中村雅德分析指出,太阳系大小约40个AU(天文单位,指太阳到地球的平均距离 ), M87星系中黑洞事件视界大小是太阳大小的3倍,约120个AU。但实际观测到的暗影与它的发光圆环是事件视界的2.5倍,约300个AU。

中村雅德表示,从电脑模拟图,可看到黑洞中间暗影部分被外围光环、吸积盘与喷流围绕。当视角改变时,暗影的形状也会跟着改变。研究团队尝试各种不同模型,包括实际观测图像、电脑理论模拟图像、EHT观测电脑模拟图象结果,都得到非常近似的影像,代表在黑洞强大重力场之下,影像只有受黑洞的性质影响。

“黑洞有两重要性质,除了质量,还有自旋。”中村雅德说,不论黑洞附近气体是如何环绕着黑洞,但最靠近黑洞的气体一定会跟着黑洞旋转方向旋转,从实际观测影像看到M87黑洞的光环有不对称的亮度变化,光环底部是亮的(向观察者接近),上面是暗的(远离观察者),显示围绕在黑洞附近的气体,以非常快的速度运动,且黑洞是绕着顺时钟方向旋转,这次观测结果强烈支持在M87星系中心有个旋转的超大质量黑洞。

在寒冷的北极格陵兰冰原上,立着一座口径十二公尺的望远镜。这座格陵兰望远镜看似孤独,却是台湾加入全球黑洞尖兵,探索宇宙奥秘的起点。

中研院表示,格陵兰望远镜是目前唯一一座位于北极圈内的次毫米波天文观测站。其本身是一个口径十二公尺的电波天线望远镜。二○一一年,由美国国家科学基金会授予中研院天文及天文物理研究所,与哈佛大学「哈佛─史密松天文物理中心」联合组成的天文团队使用。两年前在中研院天文所主导下,将望远镜重新改装以适应酷寒环境,并搬迁到格陵兰。

为什么搬到格陵兰?中研院表示,位在北极、杳无人踪的格陵兰冰原,因为大气透明度高,是观测宇宙的绝佳地点。此外,此一地点架设的格陵兰望远镜,能与夏威夷的SMA、JCMT、智利的ALMA及欧洲、南极等地的望远镜形成阵列,形成一个口径接近地球直径的阵列式望远镜。其影像解析能力比全世界最强的光学望远镜还高一千倍,相当于从地球上清楚的看到月球上的一颗棒球。

中研院天文所与台湾国家中山科学研究院携手合作在格陵兰组装望远镜。前年十二月第一次接收到来自太空的电波讯号,并在去年初与智利的ALMA同步观测,从这两个相距将近一万公里的地点,观测同样天文目标,并成功获得其间的干涉条纹;去年四月正式加入观测黑洞的EHT计画。

浅田圭一认为,此次结果证明台湾主导的格陵兰望远镜,未来在测试广义相对论时,将扮演不可或缺的角色。中研院天文所研究员陈明堂透露,正研究如何将此一望远镜移至格陵兰峰顶,以及如何在峰顶建造望远镜基地。预期未来能以十倍优于现在成果的更佳解析度,获取黑洞阴影的图像。

关于未来计划,浅田圭一表示,2017年观测结果确定得到M87黑洞影像,开启黑洞物理新页,其中长基线观测对检验广义相对论比较关键,占有重要角色。在图像中看到非对称结构,代表南北方向值得探讨,过去2年完成格陵兰望远镜的建置,格陵兰望远镜2018年4月正式加入EHT观测,格陵兰望远镜提供最长的南北向基线及南北方向资讯。2020年格陵兰望远镜会再加入下一次EHT观测,并且加入其他两个新的望远镜。

浅田圭一说,2020年计划展开格陵兰望远镜第二期计划,为了得到更高的解析度,必须使用更短的波长。目前观测波长是1.3毫米,但未来希望能缩短到0.8甚至0.4毫米,对短波观测而言,望远镜位置非常重要,必须选择干又高、又冷的地方,目前格陵兰望远镜座落在海平面位置,未来希望能将格陵兰望远镜移置山上,如此可达到比以往高10倍的解析度。


发表于 2019-4-11 20:07:14 | 显示全部楼层
由日、美、欧等多国科学家组成的国际研究小组10日在全世界6处同时举行记者会,宣布有史以来第一次成功拍摄到了黑洞。美国和日本的科学家分别在记者会上说,“我们终于目睹了黑洞的图像”、“这是人类第一次看到的黑洞的真实面貌”。

参加本次研究的日本国立天文台教授本间希树称:“这是自爱因斯坦创立相对论100年以来,人类首次亲眼验证了黑洞的存在,意义非同一般。”


对于人们来说,黑洞一直蒙着神秘的色彩。日本漫画家松本零士曾在其作品《银河铁道999》中,依靠丰富的想象力描绘了一个快速接近地球的“黑洞”。


看着此次成功拍摄到的黑洞照片,松本感慨万千地说:“和我少年时代一直想象的几乎一模一样,真的是太不可思议了。我真想进入到黑洞中去。黑洞里面到底有什么呢?时空的尽头到底是什么样子呢?黑洞的这边和那边到底有什么不同呢?如果能够亲眼看到这一切,该是多么有趣啊!”

研究小组表示,本次公布的照片有力证明了黑洞的存在,是一项重大的成果,并为直接观测黑洞开辟了道路。由于星系和宇宙的诞生与黑洞密不可分,这一壮举有望推进人类探索宇宙奥秘的进程。



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发表于 2019-4-11 22:02:22 | 显示全部楼层
占位一楼
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发表于 2019-4-12 09:20:27 | 显示全部楼层
此为史上第一张超大质量黑洞影像,「这是一个空前的纪录」。全球八个参与此计画的观测站中,中研院天文所参与三个观测站,负责其中四个望远镜的建设与运转。告诉国人,台湾在世界重要的科学研究之中,占有一席之地。中研院十年前便开始加入此计画,台湾的天文学者投入的研究资源与人力,带给人类知识突破性进展;这也是台湾身为地球村的一分子,带给国际社会最有价值的贡献。也象徵台湾和全世界顶尖科学家联手,树立人类历史的重要里程碑。
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发表于 2019-4-12 10:24:20 | 显示全部楼层
d
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发表于 2019-4-12 12:01:17 | 显示全部楼层




弹丸之地,佩服




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发表于 2019-4-12 14:33:52 | 显示全部楼层
不明不白干啥不拉上贵州大锅一起观察
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发表于 2019-4-12 15:27:19 | 显示全部楼层
有什么用?请问。
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发表于 2019-4-14 06:08:45 | 显示全部楼层
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发表于 2019-4-14 15:13:10 | 显示全部楼层
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