全世界的望遠鏡集合起來,拍了人類歷史上首張黑洞照片

這個今天中科院正式放出了人類史上首張黑洞照片,瞬間刷爆了網絡。但是目前網絡上文章都過於碎片化,碎片化的閱讀會造成只見樹木不見森林的效果。因此,在這裡做一下簡單的整理,幫助大家瞭解黑洞的相關知識。

人類史上第一張黑洞照片的相關介紹:

這張照片於2017年4月拍攝,2年後才“沖洗”出來。

人類歷史上首張黑洞照片是這樣子的

全世界的望遠鏡集合起來,拍了人類歷史上首張黑洞照片

黑洞在哪兒?

這次發現的黑洞位於室女座星系團中超大質量星系 Messier 87中心的黑洞。

黑洞距離我們多遠?

該黑洞距離我們地球5500萬光年。小科普:光速1秒距離約30萬公里,1 光年距離大約9.46萬億千米,那麼5500萬光年…......,自己算去 哈哈

黑洞有多大?

這次的黑洞質量約為太陽的65億倍。小科普:太陽質量:其質量大約是2×10³⁰千克(地球的330000倍)

EHT是什麼?

EHT,全稱叫做事件視覺望遠鏡,是一組全球分佈的射電望遠鏡陣列,在毫米波段,用甚長基線干涉技術,將望遠鏡有效口徑擴大到地球半徑,分辨率達到了星系中心黑洞的視界大小。這次能看到這個黑洞就是靠這個。小科普:我國的FAST是500米口徑的,已經發現了很多脈衝星。但是,要想觀測遙遠黑洞,依靠目前任何單個望遠鏡都還遠遠不夠。

為什麼黑洞照片沖洗用了兩年?

這次這張世界上第一張黑洞照明花了大約兩年時間才沖洗出來,這是因為龐大的數據量傳輸產生了很大的限制,南極望遠鏡數據直到2017年12月才運輸至德國馬普所和美國MIT的數據處理中心。而且EHT包括了分佈全球的8座射電望遠鏡,將海量的數據校準還你要花不少時間。另外不同於日常的拍照,射電望遠鏡觀測的信息需要經過複雜的數據處理才可以“沖洗”成像。

全世界的望遠鏡集合起來,拍了人類歷史上首張黑洞照片

黑洞成像有何意義?

1.這次的直接成像除了幫助我們直接確認了黑洞的存在。

2.通過模擬觀測數據對愛因斯坦的廣義相對論做出了驗證。黑洞是具有強引力的,給黑洞拍照最主要的目的就是在強引力場下驗證廣義相對論,看看觀測結果是否與理論預言一致。而這次所觀測到的黑洞陰影和相對論所預言的幾乎完全一致,所以這也令人不禁再次感嘆愛因斯坦的偉大。

3.科學家們可以通過黑洞陰影的尺寸來測量中心黑洞的質量。這次就對M87中心的黑洞質量做出了一個獨立的測量。在此之前,精確測量黑洞質量的手段非常複雜。當然受限於觀測分辨率和靈敏度等因素,目前的黑洞細節分析還不完善。

4. 有助於理解黑洞是如何“吃”東西的。黑洞的“暗影”區域非常靠近黑洞吞噬物質形成的吸積盤的極內部區域,這裡的信息尤為關鍵,綜合之前觀測獲得的吸積盤更外側的信息,就能更好地重構這個物理過程。

5. 有助於理解黑洞噴流的產生和方向。某些朝向黑洞下落的物質在被吞噬之前,會由於磁場的作用,沿著黑洞的轉動方向被噴出去。以前收集的信息多是更大尺度上的,科學家沒法知道在靠近噴流產生的源頭處發生了什麼。

全世界的望遠鏡集合起來,拍了人類歷史上首張黑洞照片

下面是黑洞科普時間

黑洞是什麼?

黑洞是宇宙空間內存在的一種天體。它只允許外部物質和輻射進入, 而不允許其中的物質和輻射脫離其邊界,因為黑洞的引力很大,使得視界內的逃逸速度大於光速,因此,人們只能通過引力作用來確定它的存在,所以叫做黑洞。也叫坍縮星。

什麼叫“事件視界”

事件視界是宇宙時空的邊界線,是時空的終點,需要走過無窮長的距離,經歷無窮長的時間才能到達的時空邊界。而黑洞周圍便存在這樣一個事件視界,外界看來物質永遠無法穿過黑洞視界,其內部物質也永遠無法逃脫出來,於是可以把視界描述為黑洞的表面,用視界大小衡量黑洞的範圍。

黑洞有哪幾種?

現在認為黑洞存在三種:

1.恆星級黑洞:

大質量恆星內部無法抵抗引力,向外坍塌形成黑洞。質量範圍從五倍到二十倍太陽的質量,幾乎遍佈星系的各個角落

2.中等質量黑洞:質量介於恆星級和超大質量黑洞之間,2015年9月14日,引力波探測首次發現此類型黑洞,此類黑洞的形成理論和分佈仍是個謎團

3.超大質量黑洞:坐落於星系中心,質量範圍是十萬到十億倍太陽質量,一般認為每個星系中心都有

黑洞是怎麼形成的?

通常恆星的最初只含氫元素,恆星內部的氫原子時刻相互碰撞,發生裂變、聚變。由於恆星質量很大,裂變與聚變產生的能量與恆星萬有引力抗衡,以維持恆星結構的穩定。由於裂變與聚變,氫原子內部結構最終發生改變,破裂並組成新的元素——氦元素。接著,氦原子也參與裂變與聚變,改變結構,生成鋰元素。如此類推,按照元素週期表的順序,會依次有鈹元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成。直至鐵元素生成,該恆星便會坍塌。這是由於鐵元素相當穩定不能參與裂變或聚變,而鐵元素存在於恆星內部,導致恆星內部不具有足夠的能量與質量巨大的恆星的萬有引力抗衡,從而引發恆星坍塌,最終形成黑洞。

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黑洞是誰提出來的?

人類對於黑洞的認識是一個漫長的過程。

黑洞的概念最早出現在1798年。拉普拉斯根據牛頓力學計算,一個直徑為太陽250倍而密度與地球一樣的天體,其引力足以捕獲其發出的光線而成為一個暗天體,也稱為“暗星”。

1915年,愛因斯坦廣義相對論誕生。理論上黑洞是愛因斯坦廣義相對論預言存在的一種天體。它具有的超強引力使得光也無法逃脫它的勢力範圍。

1916年,史瓦西給出了廣義相對論的第一個嚴格解釋,他發現所有的星體都存在一個史瓦西半徑,如果星體的實際半徑比它的史瓦西半徑要小,那麼它就會變成一個黑洞。比如,太陽的史瓦西半徑是3千米。

1939年,奧本海默根據廣義相對論證明當天體的質量大於臨界質量時,引力坍塌後不可能達到任何的穩態,只能形成黑洞。黑洞有兩種,軸對稱的克爾黑洞和球對稱的史瓦西黑洞。

1967年,物理學家約翰·A·惠勒首次使用了“黑洞”這個術語

1974年,霍金證明黑洞具有與其溫度相對應的熱輻射,稱為“黑洞輻射”。黑洞的質量越大,溫度越低,發射過程就越慢。

全世界的望遠鏡集合起來,拍了人類歷史上首張黑洞照片

如果要評選出2019年最有價值和最受期待的照片,那非這張2019年4月10日21點公佈的這張人類歷史上首張黑洞照片莫屬。以後,當我們和孩子一起仰望浩瀚星空時,孩子問你:“宇宙有黑洞嗎?”我們可以自豪地回答:“看!這就是黑洞的樣子。

偉大發現,才剛開始!

最後,向人類首張黑洞照片問世做出積極貢獻的全世界科學家們致敬!


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