科學家組建觀察黑洞的利器——事件視界望遠鏡

科學家組建觀察黑洞的利器——事件視界望遠鏡

我們銀河系中心的黑洞,上面模擬圖箭頭所示,從地球的角度來看是最大的黑洞。今年,事件視界望遠鏡應該會首次展示出這個中心黑洞的視界是什麼樣子。白圈表示該黑洞史瓦西半徑。

事件視界望遠鏡(EHT)橫跨多個大陸(包括南極洲),由一系列射電望遠鏡組成,靜靜的觀測著銀河系中心。

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事件視界望遠鏡陣列

不同的望遠鏡從地球的一個半球不同位置來觀察,有助於提升事件視界望遠鏡的成像能力。從2011年到2017年的數據應該能讓我們現在構建出射手座A*的形象。

​這個望遠鏡網絡,即事件視界望遠鏡(EHT),第一次準備成像一個黑洞的視界。

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《星際穿越》中的黑洞形象

在電影《星際穿越》中,最富視覺效果的黑洞向我們展示了一個特定類型的旋轉黑洞的預測視界。

從地球上可見的所有黑洞中,最大的是在銀河系中心:37μas(微阿秒,天文學單位)。

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​這個銀河系中心的多波長視角,顯示了從x射線波段到紅外線波段的電磁波,展示了人馬座A*和大約25000光年之外的內星系。利用無線電數據,EHT將發現中心黑洞的事件視界。

有了這個理論分辨率15μas的EHT,應該就能發現這個黑洞。

儘管有令人難以置信的證據表明,他們在銀河系中心探測到了黑洞的結構,但是仍然沒有直接的圖像。

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​上圖是銀河系中心黑洞周圍的空間覆蓋圖,由望遠鏡收集到的數據彙總而成。更多的望遠鏡將進一步探測該黑洞的大小、形狀和方向。

他們發現了不對稱源的證據,大約3倍史瓦西半徑:與愛因斯坦2.5倍的預測一致。

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​到目前為止,有兩種可能的模型能夠成功地匹配事件視界望遠鏡的數據。與史瓦西半徑相比,兩者都顯示出偏離中心、不對稱的事件視界,與愛因斯坦廣義相對論的預測一致。

但是,在五個月前交付的南極數據能夠被添加之前,所有的誤差源都必須被識別出來。

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​上圖是南極望遠鏡,一個位於南極的10米射電望遠鏡,將是最重要的,除了解決中心黑洞的問題。

地球的大氣湍流、儀器噪聲和假信號都需要被識別出來,這些都可通過附加成像獲得。

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​這張地圖顯示的是錢德拉深部以南700萬次曝光。這一區域顯示了數百個超大質量黑洞,每個黑洞都位於一個星系中,遠遠超出了我們的星系。黑洞的恆星質量應該是黑洞的幾十萬倍;我們只是在等待檢測它們的能力。

雖然數據已經被合併,但是必須開發新的算法來將它們處理成圖像。

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​在廣義相對論中有五種不同的模擬,使用了黑洞吸積盤的磁鈴動力學模型,以及無線電信號的結果。注意所有預期結果中事件視界的明顯特徵。

只有兩個黑洞,人馬座A*和M87可以得到視界的“輪廓”圖像。

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​從地球上看到的第二大黑洞,M87星系中心的那個,在這裡有三個視圖。儘管它有66億個太陽,但它的距離是人馬座A*的2000倍。它可能不能被EHT解決。

新的數據將每年拍攝一次,通過後續的分析來改善未來的總體情況。

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​計劃中的無線電天線的位置是視界望遠鏡陣列的一部分。每臺望遠鏡拍攝的每一個新的數據集都可以與以前的數據疊加,隨著時間的推移,我們的圖像會得到改善。

在未來幾個月,初步圖像將顯示黑洞的大小,形狀,的變化,和周圍的環境,我們將第一次直接觀測到的黑洞。

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一些可能的黑洞視界輪廓信號作為模擬視界望遠鏡顯示


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