什么是事件视界望远镜?

事件视界望远镜是为了观测黑洞视界外的景象而组合的,不是一台望远镜,而是综合分布在世界各地的一些射电望远镜,相当于制造了一架地球那么大的望远镜。黑洞所在的位置一般是物质比较浓密、恒星遍布、射线流密集的地方,很难观测,一般的做法是根据周围恒星的运行规律判断,但这种办法虽然可以通过计算得出黑洞的质量信息,却无法“清”清楚黑洞视界外的真实面貌。

于是科学家想出了一个巧妙的办法,将世界各地已经建设的射电望远镜组合起来,接收到的信息综合起来,就看到了黑洞视界外的景象,可以看出视界外一个弧形的能量释放区域,是由黑洞吞噬物质形成的。所谓的视界是事件被观测到的界限,视界外通过某种手段可以观测,视界内却因为没有光等信息出现,无法观测。黑洞就是这么神奇的存在,由于引力太大,引起的时空弯曲十分显著,形成了视界分割,视界外是物质世界,视界内是黑洞,但黑洞可能只是视界内部空间最中心的一个小点,黑洞的所有质量几乎都集中在这一点,被称为“奇点”,是拥有很大的质量但体积却异常小的天体。

事件视界望远镜最近有什么新的发现吗?

差不多就在一年前的今天,来自世界各地的天文学家首次展示了黑洞的图像。虽然很模糊,但它却是黑洞的第一张图像,它是由一个国际合作项目--视界望远镜(EHT)得以实现。 实际上,一年前让人们大饱眼福的黑洞并不是EHT的唯一目标,一个叫做3C 279的明亮类星体也是它瞄准的另一个对象。 从最新公布的图像可以看到,这个天体是如此得壮观。

什么是黑洞的事件视界,在那里会发生什么事情?

所谓“事件视界”是指事件被观测到的界限。今晚9点要发布的黑洞照片,严格来说其实只是黑洞视界外的景象,视界内的景象还是没法观测。地球第一、第二宇宙速度可能大家都听说过,由于地球引力形成的时空弯曲,航天器只有达到这些速度才能在长时间在太空中。黑洞那样的天体的引力更加庞大,周围也有大量天体、物质围绕它运行,通过理论可以计算,黑洞是逃逸速度超过光速的天体,并非是黑洞可以吸收光,而是由于其造成的显著的时空弯曲,使得视界内的光不能逃逸出来,因此难以观测。

引力的另一个特点就是随着距离增加而缩小,黑洞引力虽然大,影响范围也有限,黑洞可视和不可视的分界,就是视界。此次观测到的黑洞就是视界外的景象。按照已有理论,黑洞由于引力十分庞大, 形成的时空弯曲很显著,周围的天体和物质都会沿着黑洞形成的时空弯曲一边旋转一边向最中心的黑洞坠落。而由于黑洞引力十分巨大,在物质接近它的时候,就已经被不断撕扯,向着黑洞飘散,引力撕扯和压力等因素,使得物质会发生比恒星中更剧烈的能量释放过程,由于还没有进入视界范围之内,这种能量释放过程理论上就是可以观测的。

事件视界望远镜真的能拍到黑洞视界吗?什么原理?

事件视界望远镜(EHT)是一个以观测星系中央超大质量黑洞为主要目标的项目,它并不是指某一台具体的望远镜,而是一个射电天文台阵列。该计划以甚长基线干涉技术结合世界各地的射电望远镜,使多个相隔数万公里的独立射电天线互相协调、同时观测同一目标并记录下数据,形成一个接收口径等效于地球直径的射电信号接收阵列,并将望远镜的角分辨率提升至足以观测黑洞表面事件视界尺度结构的程度。

EHT阵列成员包括:赫兹望远镜(ARO/SMT)、阿塔卡马探路者实验(APEX)、阿塔卡马次毫米波实验望远镜(ASTE)、毫米波天文学研究用组合阵列(CARMA)、加州理工学院次毫米天文台(CSO)、IRAM 30米望远镜(IRAM)、麦克斯威尔望远镜(JCMT)、大型毫米波望远镜(LMT)、次毫米波阵列望远镜(SMA)、阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列(ALMA)、北方扩展毫米阵列(NOEMA)、南极望远镜(SPT),中国科学院上海天文台是该项目的合作单位。

EHT期望借此检验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,并发展基础黑洞物理学。人马座A*EHT的观测目标主要为银河系中央的超大质量黑洞即人马座A*(读音:A-star),以及位于椭圆星系M87中央的超大质量黑洞。M87喷流人马座A*距离我们约25900光年,是最近的超大质量黑洞;M87距离我们约5700万光年,其中央黑洞以一道长达5000光年的喷流而著名。

为了看透布满尘埃的银河盘面及围绕在黑洞周围的物质,EHT的观测波长设定为1.33毫米,未来还将提升至0.87毫米。由于联合观测产生的数据量庞大到无法使用互联网传输,阵列中各个射电天文台会将观测数据存储在硬盘中邮寄至美国马萨诸塞州的海斯塔克天文台,交由超算解析,并合成单一影像。事件视界环根据电脑模拟,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。

事件视界望远镜(EHT)的口径为什么会跟地球直径一样大?

人类历史上关于黑洞的第1张照片即将亮相,这是天文研究史上划时代的大事件。2019年4月10日晚上9:00(北京时间),比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海和台北、日本东京和美国华盛顿六个地方将召开新闻发布会,宣布一项与超大质量黑洞照片有关的重大成果,人类首张黑洞照片将展现在人们眼前,传说中极难被观测的黑洞就要露真容了,因为每一位天文爱好者都无比兴奋。

这次要揭晓的两个黑洞是银河系中心黑洞人马座a*和M87星系中心黑洞,人马座a*黑洞的质量大约相当于太阳的431万倍,M87星系中心黑洞质量约为太阳的30亿倍(一说为64亿倍),这两个黑洞虽然质量巨大,但是由于距离我们非常遥远,想看清它们的真面目可并不容易,人马座a*距离我们约2.6万光年,M87中心黑洞距离我们约5700万光年,一般的天文望远镜都是办不到的,所以科学家们想了一个办法,组建了一个被称为“事件视界望远镜(EHT)”的专门观测黑洞的系统,那么它到底是一个什么样的事物呢?其实事件视界望远镜并不是一个传统观念的观测平台,而是由位于美国、墨西哥、智利、法国、格陵兰岛和南极的天线组成观测阵列,包括8处独立的大型天文望远镜阵列。

这些望远镜分别是:1.南极望远镜(South Pole Telescope);2.位于智利的阿塔卡马大型毫米波阵(Atacama Large Millimeter Array,ALMA);3.位于智利的阿塔卡马探路者实验望远镜(Atacama Pathfinder Experiment);4.墨西哥的大型毫米波望远镜(Large Millimeter Telescope);5.位于美国亚利桑那州的多镜面望远镜(Submillimeter Telescope);6.位于夏威夷的麦克斯韦望远镜(James Clerk Maxwell Telescope,JCMT);7.位于夏威夷的亚毫米波望远镜(Submillimeter Array);8.位于西班牙的毫米波射电天文所的30米毫米波望远镜。

这些望远镜从南到北横跨7000公里左右,从东到西跨越的距离也差不多,就是如果将它们彼此连线串联起来,它们组成的面积将和地球的视直径差不多,这些望远镜通过甚长基线干涉测量技术(VLBI)同时观测某个黑洞,基本上可以看作以地球的视面积范围上观察,因此事件视界望远镜(EHT)也被称为“地球一样大的望远镜”。

组成事件视界望远镜的8处观测台多数都是单一望远镜,比如夏威夷的JCMT和南极望远镜;但也有望远镜阵列,比如ALMA望远镜是由70多个小望远镜构成,对黑洞的观测将宏大而细致,可以较好的得出黑洞的具体样貌。黑洞是宇宙间最神秘最奇特的天体,自从它被爱因斯坦广义相对论预言存在以来(爱因斯坦本人并不认为黑洞存在),科学家们从没有看过它的真正样貌,2017年的4月5日到14日之间,来自全球30多个研究所的科学家们决定利用这8个分布于全球不同地区的射电望远镜阵列组成的“事件视界望远镜”来观察黑洞的视界面,他们选择的对象就是银河系中心黑洞人马座a*和M87中心黑洞。

之所以选定这两个黑洞作为观测目标,是因为它们的视界面在地球上看起来是最大的,其它黑洞要么质量较小,要么位置不太合适,总之都不如这两个黑洞的观测条件。虽然如此,要想看到这两个黑洞也是异常困难的,离较近的银河系中心黑洞人马座a*也有26,000光年,它的视界直径大约为4500万公里,然而由于距离太远,这需要望远镜的分辨率特别高才行,据说分辨率要相当于从美国纽约看到德国柏林一枚钱币上的日期,好在事件视界望远镜的分辨率也足够强,由于跨度巨大以及甚长基线干涉测量技术的运用,它的分辨率比哈勃望远镜强了1000倍,相当于可看清40万千米外一个直径不到5厘米的物体,基本可以满足对银河系中心黑洞和M87中心黑洞视界面的观测要求。

一个与太阳一样大小的黑洞,其视界事件距离黑洞中心有多远。会以光年计算吗?

首先纠正题目中的两个问题,第一,黑洞中发出的光所能到达的最远距离界限称为事件视界,第二,说黑洞的大小一般就是指事件视界的大小,黑洞奇点一般认为是没有体积概念的。所以这个问题本身是有矛盾的,我换一个回答方向,如果事件视界范围和太阳一般大,那么这个黑洞的质量是多少?我们可以进行简单的计算,已知太阳的半径约为69.6万千米,由史瓦西半径公式R=2GM/c^2可以推导出M=Rc²/2G,其中M为黑洞质量,R为史瓦西半径,c为光速,G为引力常量。

由公式计算可得,M等于4.7161066350508 * 10^35千克,其质量大约是太阳质量的237097倍,由此可见二十三万多个太阳缩成一点才会形成史瓦西半径为69.6万公里左右的黑洞,而这个69.6万公里只有约一千三百五十万分之一光年的长度。光年尺度的黑洞目前天文学家还没有发现,但是并不代表它不存在,同样我们也可以通过史瓦西半径公式计算“光年黑洞”的质量,它大约为6.3720627299649 * 10^42kg,这个质量大约等于15个银河系的质量,也就是说如果把15个银河系压缩在一起,就有可能诞生史瓦西半径为一光年的黑洞。


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