重力扭曲時空 NASA發布模擬黑洞動態視頻(圖)

2019-09-28 02:08 桌面版 简体 0
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EHT計畫成功拍到人類史上首次的超大質量黑洞影像。
EHT計畫成功拍到人類史上首次的超大質量黑洞影像。(圖片來源:中央社)

【看中國2019年9月28日訊】(看中國記者聞天清綜合報導)自4月10日首張黑洞照片公佈於世之後,不僅驗證了愛因斯坦廣義相對論,也引發各界對黑洞神秘性的好奇。近日,美國太空總署(NASA)發布了有關「黑洞引力扭曲周圍的光線」模擬動態的視頻,讓大眾更加了解黑洞的情況。

9月26日,NASA發布了一個有關「黑洞引力扭曲周圍的光線」模擬視頻。視頻畫面顯示:黑洞外圍像水流一樣環繞的光環,物質「吸積盤」(Accretion disk)被重力吸引過去因摩擦而發出的輻射。從黑洞的側面來看,它的左側要比右側更加光亮一些。

都卜勒集束效應(Doppler beaming)可以解釋這種現象,即吸積盤從左流近觀部分的發光氣體,通常會比向右側流遠的部分更亮。如果從黑洞正面來觀察,它的「不對稱性」的現象會消失不見。

在視頻顯示的黑洞模擬圖中,它頂端光線是從黑洞的後方發出來的,黑洞強大重力可以扭曲光線,造成「重力透鏡效應」(Gravitational lensing)。黑洞內側一條細線被稱作是「光子環」(Photon ring)。

NASA的黑洞模擬動態圖曝光之後,引起網友的熱議。不少網友認為,百年前,著名物理學家愛因斯坦曾描述了重力會導致時空結構扭曲的現象。現今人類能夠清晰描繪黑洞引力模擬動態情況,可謂天文學的一大創舉。

根據維基百科公開資料介紹,「吸積盤」是一種由彌散物質組成的、圍繞中心體轉動的結構(常見於繞恆星運動的盤狀結構)。比較典型的中心體有年輕的恆星、原恆星(protostar)、白矮星中子星以及黑洞。在中心天體重力的作用下,其周圍的氣體會落向中心天體。假如氣體的角動量足夠的大,以致在其落向中心天體的某個位置處,其離心力能夠跟中心天體的重力相抗衡,那麼,一個類似於盤狀的結構就會形成,這種結構就叫做「吸積盤」。在吸積盤中,物質通過較差轉動及粘滯向外傳遞角動量。在這個過程中,氣體所攜帶的重力能得到釋放。這些釋放的重力能會加熱吸積盤中的氣體,導致氣體向外輻射。計算表明,氣體輻射的主要頻率(或氣體的溫度)與中心天體的質量有關。若中心天體為年輕的恆星或者原恆星,那麼吸積盤輻射多半處於紅外區,而中子星及黑洞產生的吸積盤的輻射多半處於光譜的X-射線區域。

台灣中央社4月10日報導,「事件視界望遠鏡」(Event Horizon Telescope,EHT)計畫近日成功拍攝到超大質量黑洞的影像,這個黑洞位於距離地球5500萬光年的地方,它的質量是太陽的65億倍。這次成功拍攝到黑洞的影響,不但是人類歷史上首次拍到黑洞影像,而且是21世紀天文學、物理學的重大發現之一。

台灣中研院長廖俊智表示,在這次成功拍攝黑洞的「事件視界望遠鏡」計畫中,台灣占有一席之地。

「事件視界望遠鏡(EHT)」計畫2017年正式成立,是由夏威夷的次毫米波陣列(簡稱SMA)、智利的阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列(簡稱ALMA)、格陵蘭望遠鏡等多個無線電波望遠鏡組成的全球網路,旨在擷取第一張黑洞剪影的圖像。

據維基百科公開資料介紹,事件視界望遠鏡是一個以觀測星系中央超大質量黑洞為主要目標的計畫。該計劃以甚長基線干涉技術(VLBI)結合世界各地的電波望遠鏡,使許多相隔數十萬公里的獨立天線能互相協調、同時觀測同一目標並記錄下數據,形成一口徑等效於地球直徑的虛擬望遠鏡,將望遠鏡的角解析力提升至足以觀測事件視界尺度結構的程度。事件視界望遠鏡期望藉此檢驗愛因斯坦廣義相對論在黑洞附近的強重力場下是否會產生偏差、研究黑洞的吸積盤及噴流、探討事件視界存在與否,並發展基本黑洞物理學。

事件視界望遠鏡觀測目標主要為位於南半天球、銀河系中央的超大質量黑洞人馬座A*以及位於北天球的橢圓星系M87星系中央的超大質量黑洞。其中人馬座A*在地球天空中佔的盤面較大,而M87的黑洞則以擁有一道長達5,000光年的噴流為著名特色。為了看透銀河盤面及圍繞在黑洞周圍的物質,EHT將觀測波長設定於1.33毫米,並預計於未來提升至能更精細觀測的0.87毫米。由於連線觀測產生的數據量將大到無法使用網際網路傳輸,各觀測台會於觀測後將儲滿數據的硬碟郵寄至美國馬薩諸塞州的海史塔克天文台,交由超級電腦運算,並合成單一影像。根據電腦模擬,環繞黑洞的物質發出的光將被黑洞自身質量產生的重力透鏡效應彎曲,在黑洞周圍形成一光環,而光環中央襯托出的圓形剪影便是黑洞的輪廓,也就是事件視界。

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