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銀河中心 別有洞天

(大公報記者 倪夢璟)12日晚間,事件視界望遠鏡(EHT)合作組正式發布了銀河系中心人馬座A*(Sgr A*)黑洞的首張照片。這是人類發現的首個銀河系中心大質量天體的真面目肖像,也是繼人類首次拍攝到的黑洞照片後,又一個黑洞「甜甜圈」問世。此次,來自上海天文台等中國內地7個研究所和大學的17位科學家參與了成果發表。照片上顯現出的(射電)光都是由該黑洞的強大引力彎曲所致,這個黑洞的質量超過了太陽質量的四百萬倍。

因為黑洞不發光,所以人們看不見黑洞自身,但繞轉的發光氣體給出了其存在的信號:一個被亮環狀結構圍繞的暗弱中心區域(稱之為陰影)。照片上顯現出的(射電)光都是由該黑洞的強大引力彎曲所致,這個黑洞的質量超過了太陽質量的四百萬倍。

與首次被人類攝入鏡頭的M87星系中心黑洞相比,銀河系中心黑洞(以下簡稱銀心黑洞)儘管距離地球更近,但質量與半徑卻小很多,M87星系中心黑洞半徑是銀心黑洞的1500倍以上。這張照片的問世經歷了很多技術上的挑戰。幾年間,全球科學團隊全身心投入參與,僅照片「沖洗」工作,就有多個不同的算法工作組分別參與,最終照片是由所有「合格」的照片平均而成。

與廣義相對論預測一致

在艱難攻克中,上海天文台甚長基線干涉測量(VLBI)天文處理平台的超級計算機成為了不可或缺的法寶。在最繁忙的時候,這台400核的超級計算機持續運作,每次都需要生成幾萬張圖像,然後反覆優化。經過多次迭代,成像算法越來越成熟,參數優化也越來越收斂,成像工作終於迎來一線曙光。

最終,這張照片集結了來自全球80個研究機構共300多名研究人員組成的EHT合作組織的奇思妙想。研究團隊花了五年時間,用超級計算機合成和分析數據,編纂了前所未有的黑洞模擬數據庫與觀測結果進行嚴格比對。

尤其值得注意的是,此次的EHT合作中,中國科學家積極參與早期EHT國際合作的共同推動、EHT望遠鏡觀測時間的共同申請、夏威夷JCMT望遠鏡的觀測運行、後期數據處理分析和結果分析等。

銀心黑洞照片的誕生,還展現出了與M87黑洞相似的陰影,「這表明在黑洞周圍,愛因斯坦的廣義相對論預測結果出奇一致。」EHT合作內地協調人、中國科學院上海天文台的沈志強研究員如此說道,這些前所未有的觀測極大地提升了我們對銀河系中心所發生一切的認識,並為了解超大質量黑洞如何與周圍環境相互作用提供了全新視角。

中國籌建望遠鏡24小時觀測

今年3月份,EHT剛完成了有更多望遠鏡參與的聯合觀測。沈志強更透露,EHT的持續擴展和技術革新將使得科學家可以分享更引人注目的照片,包括在不久的將來的黑洞「電影」。「拍攝這樣一部銀河系中心黑洞的『電影』,是下一代EHT的追求。」沈志強表示,「我們正在規劃建設中國的亞毫米波VLBI望遠鏡,以期參與到對銀心黑洞的24小時不間斷的接力觀測中。」

(來源:大公報A22:內地 2022/05/14)

編輯: 莫一傲

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