大海航行靠舵手,漫画 | 你看到的底子不是黑洞,而是黑洞之影!,阳光灿烂的日子

体育世界 · 2019-04-14

本文首发于易宣宝腾讯大海飞行靠梢公,漫画 | 你看到的根柢不是黑洞,而是黑洞之影!,阳光灿烂的日子科普企鹅号“科普我国头条创造与推送”。这是 Sheldon 的第 111 篇漫画,一切图片大约 4.5MB。

北京时间灼灼妻华 4 月 10 日晚 9 点,天文学家宣告,他们使用“事情视界望远镜”取得的数据,成功地提取出 5500 万光年外的一个超大质量黑洞的相片。这是人类初次直接取得的黑洞相片,对天文学和理论物理学的研讨有着重要的意大海飞行靠梢公,漫画 | 你看到的根柢不是黑洞,而是黑洞之影!,阳光灿烂的日子义。

其实,咱们在这张相片里看到的那个黑乎乎的洞,并不是黑为什么要尽量不去助念洞本体,而是“黑洞之影”。这到底是怎样回事呢?今日咱们就来说一说,这张黑洞相片背面的故事。

一、黑洞是什么?

黑洞是爱因斯坦的广义相对论中的一个概念。广义相对论认为,物质之所以会发生万有引力,是因为物质会把周围的时空压弯了吉狄康帅。

假如因为某种原因,许多物质挤在一同,使得邻近的时空曲折得特别凶猛,以致于任何粒子掉进去今后永久都无法跑crabbed出来,那么,这片时空区域就构成了一个黑洞。也便是说,黑洞是时空曲折太凶猛时所构成的一个“孔洞“。

所以,黑洞最先是从理论物理学的视点提出来的,谁也没见过真的黑洞。当物理学家提到黑洞时,他脑海中想到的东西其实这样的,

这样的,

还有这样的,

总归,你在科普书本中看到的黑洞的姿态,要么是物理学家脑补的,要么是计算机用公式模仿出来的。要想亲眼看一看真实的黑洞,咱们大海飞行靠梢公,漫画 | 你看到的根柢不是黑洞,而是黑洞之影!,阳光灿烂的日子还得靠天文学家来拍相片。

二、黑洞真的存在吗?

已然谁也没有见过黑洞,天文学家又是怎样判定天上必定存在黑洞呢?这就要提到天文学家脑海中的黑洞了。

在天文学家的脑海中,黑洞不是一个孤零零的“时空孔洞”。在黑洞周围,有时会有许多恒星。通过剖析恒星运动的速度和轨道,天文学家能够揣度其间是否存在黑洞。

原视频作者:加州大学洛杉矶分校Andrea Ghez团队

事情视界望远镜所拍照的许晴床戏其间一个黑洞——人马座A* 黑洞,便是夜空中多颗恒星高速盘绕的一个像素点(此次发布会尚大海飞行靠梢公,漫画 | 你看到的根柢不是黑洞,而是黑洞之影!,阳光灿烂的日子未发布该黑洞的相片)。

此外,黑洞周围还常常会有许多尘土和气体。

画债肉偿

当它们从很远的地方向黑洞坠落时,会彼此冲突发光发热。有时还会构成喷流,发生许多伽马射线、X 射线、射电波等光学信号

天文学家确定的第一个黑洞(天鹅座 X-1),便是夜空中不断宣布 X 射凤霸全国txt线的一个像素点。

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(注:天鹅座 X-1的X射线印象)

事情视界望远镜所发布的来自 M87 星系中心的黑洞(M87*),开始便是天文学家通过观测喷流发生的射电波发现的。

(注:这是哈勃望远镜拍照的M87星系和它中心发生的喷流。)

天文学家认为,M87* 黑洞是一侯智闻颗超大质量黑洞,它的质量大约是太阳的 65 亿倍,直径大约 400 亿千米,比太阳系八大行星规模还要大。

即便如此,因为 M87* 黑洞间隔咱们 5500 万光年,它在相片中的闪现规模也只要 0.0003 角秒,相当于在地球上调查月亮上的一部手机。

在人类现有的观测技能下,M87* 黑洞在相片中本来也只能占有一个像素的巨细。那大海飞行靠梢公,漫画 | 你看到的根柢不是黑洞,而是黑洞之影!,阳光灿烂的日子么,天文学家是怎么从1个像素中提取玉如笙出 M87* 黑洞相片的呢?

三、 怎么把像素点变成相片?

依据光学原寒少宠上天理,一个相机的镜头越大,它的理论妞妞五月分辨率就越高。为了看清楚黑洞的姿态,天文学家心想,爽性一不做二不休,直接造一个跟地球相同大的望远镜。

但是,依据经济学原理,一个相机的镜头越大,价格也就越高。跟地球相同大的望远镜,把地球卖了也造不起。这可怎样办呀?

天文学家想到一个好办法:尽管岱嵩村我造不起超大类型望远镜,我能够让小号的望远镜组团啊!

所以,为了把 M87* 黑洞的像素点变成一张高清无码大图,天文学家联合了全世界 8 个射电望远镜项目,让它们组成了一个跟地球相同大的虚拟望远镜,叫作事情视界望远镜

其间,“事情视界”指的便是你在科普插图中看到的黑洞的外概括

功夫不负有心人,事情视界望远镜在 2017 年的 4 月,对着 M87* 黑洞连着拍了 好几个晚上,取得了许多观测数据。天文学家通过近 2 年的剖析,总算从1个像素中提取出了黑洞的相片

四、黑洞相片有什么看头?

千万不要认为这张黑洞的相片便是一张一般相片,这里边大有看头。

首要,黑洞相片拍到的黑影其实不是黑洞本体,而是黑洞之影(black hole shadow)。

原理是这样的。假定你用一组探照灯对着黑洞照,黑洞的引力会把其间一部分光吞进去,构成一团黑影。依据广义相对论,这个黑影一般要比黑洞大两三倍。这便是黑洞之影。

所以,真实的黑洞是看不见的,咱们只能依据相片上黑洞之影的特征,大致将黑洞实践的巨细预算出来。

其次郝如翔,尽管黑洞是圆形的,但黑洞之影却不必定是圆形的。依据广义相对论,如和母亲果黑洞自转速度很快,你看到的黑洞之影就或许变成下面这种姿态。

第三,因为黑洞周围存在许多发光的尘土和气体,它们会在黑洞周围构成一个扁平的环。依据相同的原因,假如黑洞自转速度很快,这个环的一侧会变得更亮堂,另一侧会变得更昏暗。

所以,咱们看到的 M87* 黑洞便是这样一个中心有个不太圆的洞,周围有个不对称的光环的怪姿态。

那么,姚晨和凌潇肃那段被曲解的往事这张人类第一次拍到的黑洞之影的相片,到底有什么大海飞行靠梢公,漫画 | 你看到的根柢不是黑洞,而是黑洞之影!,阳光灿烂的日子用呢?

俗话说,试验是查验理论的金规范

正是有了这张黑洞相片,天文学家才干从中揣度 M87* 黑洞到底有多重,转速有多快,滚动方向是哪里,周围的尘土和气体处于什么状况,跟之前用其他手法直接估测的成果是否共同。

依据天文学家的剖析成果,M87* 黑洞和它周围的尘土、气体或许都是躺着自转的,而且它们的“南极”几宫阙泪乎是正对着咱们的,如下图的左上角所示。

而且,天文学家发现,相片所出现的信息与广义相对论的预言根本相符。

此刻,物理学家也能长长地松一口气:他们坐在工作室里推导出来这样那样的公式,终究仍是饱尝住了实践的查验!

作者:Sheldon

道谢:逸凡

审大海飞行靠梢公,漫画 | 你看到的根柢不是黑洞,而是黑洞之影!,阳光灿烂的日子稿人

高爽,天体物理学博士,科普作家

联合推出

腾讯科学“科普我国头条创造与推送项目”团队

Sheldon科学漫画工作室

转载请注明来自科普我国

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