给黑洞拍特写,然后呢?

2019-04-15 11:21:17 来源: 科技日报 作者: 李宏策

本报记者 李宏策

举世瞩目的黑洞照片已经公布,这张红遍全球的图像透露出哪些信息,未来天文学家还将会给我们带来什么样的惊喜?带着这些问题,科技日报记者日前采访了法国国家科学研究院(CNRS)两位资深专家,详细解读黑洞照片背后的故事。

接受采访的两位“大咖”,一位是巴黎综合理工学院教授、CNRS主任研究员马休·德诺华,他在Leprince-Ringuet实验室从事高能伽玛天文学研究,在巴黎综合理工学院讲授高能天文学、量子力学等课程,是2018年CNRS银奖获得者;另一位是CNRS主任研究员娜塔莉·德吕埃勒,她在巴黎狄德罗大学宇宙学实验室从事引力波和宇宙学问题研究,曾于巴黎综合理工学院、巴黎高等师范大学讲授广义相对论,著有《现代物理学的相对论》《引力波》等书籍。

为黑洞拍照是一项创举

德诺华对记者表示,给黑洞拍照首先是一项技术创举,通过将干涉技术(VLBI)与位于全球的望远镜相结合,创造了一个巨大的“虚拟”望远镜,使角度分辨率达到前所未有的20微弧秒。这相当于从一万公里外看到一毫米的物体,或者更形象的说,相当于从地面看到月球上的高尔夫球。

其次,取得黑洞照片是一项基础性科学成果。多年来,已经有很多非常有说服力的证据证明黑洞的存在,特别是近年检测到引力波,不仅证实了广义相对论的预测,同时还证实了“中间”质量黑洞的存在(质量约为数十个太阳)。但在此前的研究中,我们从未“看到”过黑洞。

这张“照片”是黑洞的第一张真实图像,或者说是黑洞周围环境的直接图像:我们可以看到围绕黑洞转动的光线——可能是黑洞周围的等离子体产生的。这是黑洞照片最重要的一个发现,类似于首次观测脉冲星一样,它开辟了一个新的观测途径。

历尽艰辛,但还有很长的路要走

德吕埃勒认为,“事件视界望远镜(EHT)”项目取得的成就是一项非常重要的科学成果,为爱因斯坦广义相对论提供了新的验证。它证明了人类可以观测到靠近黑洞视界的物质运动,在精度达到一定程度后,将可以借此了解黑洞的引力场,并能够探究现实中的黑洞是否符合爱因斯坦广义相对论的预测。但要实现如此高的精度还有很长一段路要走。目前,这张照片证实了黑洞的质量,但还不足以确定其转速。此外,它虽然与广义相对论“兼容”,但由于其不够精确,同时也能够与其他竞争模型兼容。

德诺华指出,EHT的工作还没有完全完成,下一步它将把镜头对准银河系中心的人马座A*。银河系中心的黑洞比M87星系中心黑洞更轻、更小,其周围的光线环绕一周可能只需要数十秒,而M87星系黑洞周围光线环绕一周则需要数小时。这将导致图像会发生更多的变化,从而需要进行“动态”分析。此外,EHT还需要对黑洞做更细致研究,包括测量黑洞旋转速度,观察吸积过程物质如何落入黑洞,从其他方面检验广义相对论,观察等离子喷射等。此后,EHT还可能将目标转向其他黑洞,也将有更多天文台加入,以进一步提升观测能力。

还有更多未知等待探索

在问及除EHT之外,未来还有哪些重大天文项目和目标时,德诺华表示,为了更进一步提升观测黑洞的精度,未来有两个途径可以提高角度分辨率:一是使用更小波长的电磁波,由于其频率更高,需要进一步加强各观测站的同步能力;二是增加望远镜阵列距离,EHT已经充分利用地表距离,下一步需要将射电望远镜送入太空来增加望远镜之间的距离。而这些工作将需要在EHT之外建立更多国际合作。

德吕埃勒对此表示,美国激光干涉引力波天文台(LIGO)和欧洲处女座引力波天文台(VIRGO)探测到黑洞合并过程的引力波具有重要意义,它开创了人类通过引力波来探索宇宙的新路径,而不仅仅是依靠光(以及宇宙射线、中微子等)。德吕埃勒期待日本KAGRA低温引力波探测器尽早投入使用,加入到LIGO-VIRGO正在进行的观测项目。另外,她还期待LISA空间引力波探测器尽快发射升空,它将允许我们借助引力波“看到”银河系中心的超大质量黑洞。在相关的另外一个领域,德吕埃勒认为,国际线性对撞机(ILC)如能修建,将可能揭示神秘的暗物质和暗能量。

两位专家都表示,目前还有许多其他大型研究项目,包括光学天文学(建设超大望远镜)、无线电、X射线、伽马射线、中微子、引力波等等。随着科研人员的不懈努力,相信未来将有更多世界级重大发现,引领我们一步步探索自身所处的神秘宇宙。

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责任编辑: 夏青
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