重力扭曲时空 NASA发布模拟黑洞动态视频(图)

2019-09-28 02:08 桌面版 正體 0
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EHT计划成功拍到人类史上首次的超大质量黑洞影像。
EHT计划成功拍到人类史上首次的超大质量黑洞影像。(图片来源:中央社)

【看中国2019年9月28日讯】(看中国记者闻天清综合报导)自4月10日首张黑洞照片公布于世之后,不仅验证了爱因斯坦广义相对论,也引发各界对黑洞神秘性的好奇。近日,美国太空总署(NASA)发布了有关“黑洞引力扭曲周围的光线”模拟动态的视频,让大众更加了解黑洞的情况。

9月26日,NASA发布了一个有关“黑洞引力扭曲周围的光线”模拟视频。视频画面显示:黑洞外围像水流一样环绕的光环,物质“吸积盘”(Accretion disk)被重力吸引过去因摩擦而发出的辐射。从黑洞的侧面来看,它的左侧要比右侧更加光亮一些。

都卜勒集束效应(Doppler beaming)可以解释这种现象,即吸积盘从左流近观部分的发光气体,通常会比向右侧流远的部分更亮。如果从黑洞正面来观察,它的“不对称性”的现象会消失不见。

在视频显示的黑洞模拟图中,它顶端光线是从黑洞的后方发出来的,黑洞强大重力可以扭曲光线,造成“重力透镜效应”(Gravitational lensing)。黑洞内侧一条细线被称作是“光子环”(Photon ring)。

NASA的黑洞模拟动态图曝光之后,引起网友的热议。不少网友认为,百年前,著名物理学家爱因斯坦曾描述了重力会导致时空结构扭曲的现象。现今人类能够清晰描绘黑洞引力模拟动态情况,可谓天文学的一大创举。

根据维基百科公开资料介绍,“吸积盘”是一种由弥散物质组成的、围绕中心体转动的结构(常见于绕恒星运动的盘状结构)。比较典型的中心体有年轻的恒星、原恒星(protostar)、白矮星中子星以及黑洞。在中心天体重力的作用下,其周围的气体会落向中心天体。假如气体的角动量足够的大,以致在其落向中心天体的某个位置处,其离心力能够跟中心天体的重力相抗衡,那么,一个类似于盘状的结构就会形成,这种结构就叫做“吸积盘”。在吸积盘中,物质通过较差转动及粘滞向外传递角动量。在这个过程中,气体所携带的重力能得到释放。这些释放的重力能会加热吸积盘中的气体,导致气体向外辐射。计算表明,气体辐射的主要频率(或气体的温度)与中心天体的质量有关。若中心天体为年轻的恒星或者原恒星,那么吸积盘辐射多半处于红外区,而中子星及黑洞产生的吸积盘的辐射多半处于光谱的X-射线区域。

台湾中央社4月10日报导,“事件视界望远镜”(Event Horizon Telescope,EHT)计划近日成功拍摄到超大质量黑洞的影像,这个黑洞位于距离地球5500万光年的地方,它的质量是太阳的65亿倍。这次成功拍摄到黑洞的影响,不但是人类历史上首次拍到黑洞影像,而且是21世纪天文学、物理学的重大发现之一。

台湾中研院长廖俊智表示,在这次成功拍摄黑洞的“事件视界望远镜”计划中,台湾占有一席之地。

“事件视界望远镜(EHT)”计划2017年正式成立,是由夏威夷的次毫米波阵列(简称SMA)、智利的阿塔卡玛大型毫米及次毫米波阵列(简称ALMA)、格陵兰望远镜等多个无线电波望远镜组成的全球网络,旨在撷取第一张黑洞剪影的图像。

据维基百科公开资料介绍,事件视界望远镜是一个以观测星系中央超大质量黑洞为主要目标的计划。该计划以甚长基线干涉技术(VLBI)结合世界各地的电波望远镜,使许多相隔数十万公里的独立天线能互相协调、同时观测同一目标并记录下数据,形成一口径等效于地球直径的虚拟望远镜,将望远镜的角解析力提升至足以观测事件视界尺度结构的程度。事件视界望远镜期望借此检验爱因斯坦广义相对论在黑洞附近的强重力场下是否会产生偏差、研究黑洞的吸积盘及喷流、探讨事件视界存在与否,并发展基本黑洞物理学。

事件视界望远镜观测目标主要为位于南半天球、银河系中央的超大质量黑洞人马座A*以及位于北天球的椭圆星系M87星系中央的超大质量黑洞。其中人马座A*在地球天空中占的盘面较大,而M87的黑洞则以拥有一道长达5,000光年的喷流为著名特色。为了看透银河盘面及围绕在黑洞周围的物质,EHT将观测波长设定于1.33毫米,并预计于未来提升至能更精细观测的0.87毫米。由于连线观测产生的数据量将大到无法使用网际网络传输,各观测台会于观测后将储满数据的硬盘邮寄至美国马萨诸塞州的海史塔克天文台,交由超级电脑运算,并合成单一影像。根据电脑模拟,环绕黑洞的物质发出的光将被黑洞自身质量产生的重力透镜效应弯曲,在黑洞周围形成一光环,而光环中央衬托出的圆形剪影便是黑洞的轮廓,也就是事件视界。

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