根据质量,天文学家将宇宙中的黑洞分为三类:恒星级质量黑洞(几十倍至上百倍太阳质量)、超大质量黑洞(几百万倍太阳质量以上)和介于两者之间的中等质量黑洞。天文学家认为,所有星系的中心都存在着超大质量黑洞,银河系也不例外——人马座A*便位于距离地球2.6万光年的银河系中央,是已知离地球最近的超大质量黑洞,也是我们的最佳观测目标。
但这个“最近”的黑洞离地球仍十分遥远。从地球上看,人马座A*大概与月球上的一个橘子一样大,由于衍射现象,我们能看到的最小物体是有限制的,想看到的东西越小,需要的望远镜就越大,如果想看到人马座A*,我们需要的望远镜要和地球一样大。
人马座A*超大质量黑洞X射线耀斑图片来源:NASA
这可能吗?科学家用“事件视界望远镜”给出了肯定的答案。
当然,建造一个和地球一样大的望远镜是不可能的,但通过“甚长基线干涉技术(VeryLongBaselineInterferometry,VLBI)”,我们可以将世界各地的望远镜连接起来,构建一个口径等同于地球直径的“虚拟”望远镜,每一个望远镜通过原子钟准确相连,同时启动,就可以还原数万光年以外,一个未知天体在某一时刻的真实容貌。
2006年,“事件视界望远镜”启动并记录下了第一组天文数据,当时,有三座望远镜使用VLBI技术进行连线观测。随着科学目标、技术计划和组织架构的确立,“事件视界望远镜”项目如今已发展为一个来自12个国家的30多所大学、天文观测站等研究单位与政府机构参与的国际合作组织。
2017年4月,来自全球30多个研究所的200多位科学家利用分布于美国、墨西哥、智利、法国、格陵兰岛和南极的8个射电望远镜(单镜及阵列),正式开始勾勒人马座A*的模样。同时被观测的还有距离地球5500万光年、位于室女A星系的M87黑洞。M87估计拥有64亿倍太阳质量,因此从地球上看只比人马座A*小一些。
“事件视界望远镜”
不过,给黑洞“拍照片”不易,“洗照片”更不易。
经粗略计算,一次普通的五天观测期间,每座望远镜会收集900TB的数据,可装满1000至2000个硬盘,所有望远镜产生的数据达7PB(约7200TB)。为运送如此庞大的数据,该项目启用了最直接的传输方法——飞机空运。所有硬盘都运至美国马萨诸塞州的麻省理工学院海斯塔克天文台,以及德国波恩的马克斯·普朗克电波天文研究所,交给超级计算机集成处理。
“洗照片”难就难在如何将这8只“眼睛”看到的景象合为一张图像。我们可以将地球大小的望远镜想象成一颗巨大的迪斯科球,每一面镜子收集光线,就可以组合成一幅完整的图像。但由于目前通过VLBI技术接入的望远镜数量有限,“事件视界望远镜”只相当于一颗由数面镜子组成的迪斯科球,必须通过缜密的算法填满空缺的部分,才有可能合成一张黑洞的图像。
地球大小的望远镜可想象成一颗巨大的迪斯科球图片来源:TED
好在,随着地球的持续旋转,每一面镜子都会改变位置,收集到新的信息。
事实证明,今晚我们得到的第一张黑洞照片并不像《星际穿越》里的那样清晰与璀璨,但它无疑将在广义相对论提出100多年后的今天,让人类向着探索宇宙奥秘又更进了一步。
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