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黑洞“无限子环”:神秘环状结构保存宇宙珍贵信息

2020-5-13 编辑:采编部 来源:互联网 阅读次数:
  导读:  新浪科技讯 北京时间4月7日消息,据美国太空网站报道,科学家拍摄的黑洞图像比之前预想的更强大,更具启示性,2019年4月,黑洞视界望远镜项目(EHT)公布了黑洞图像,这些具有里程碑意义的照片为科学家打开探索宇宙......

  新浪科技讯 北京时间4月7日消息,据美国太空网站报道,科学家拍摄的黑洞图像比之前预想的更强大,更具启示性,2019年4月,黑洞视界望远镜项目(EHT)公布了黑洞图像,这些具有里程碑意义的照片为科学家打开探索宇宙的一扇大门,让他们能以前所未有的方式探索奇特的宇宙领域。

  黑洞光子环可能由无数子环构成

  未来几年,科学家将更加深入地探索黑洞,一项研究表明,黑洞视界望远镜拍摄到黑洞最显著的特征——即M87超大质量黑洞周围环绕着一个明亮、神秘的环状结构,但是,迄今黑洞环的结构仍是一个未解谜团,很可能黑洞环中包含稀薄的“光子环”,这个光子环是由无限数列的子环构成。

  研究小组称,光子环的复杂结构保存着有关黑洞的珍贵信息,科学家能够通过扩展黑洞视界望远镜观测范围,获取这些重要信息。

  研究报告作者、哈佛-史密森天体物理中心天体物理学家迈克尔·约翰逊(Michael Johnson)说:“黑洞送给了我们一个礼物,黑洞光子环所包含的信息不同于天文学家所研究过的任何天体目标。这些照片能更便于我们了解黑洞,实际上是一种更全新的测量方法。”

  黑洞视界望远镜项目是由分布全球各地的8个陆基射电望远镜组成的网络,这些望远镜连接在一起构成一个地球大小的虚拟设备,该技术被称为“甚长基线干涉测量技术(VLBI)”。

  这个庞大的望远镜网络一直在观测两个超大质量黑洞,一个是M87黑洞,它距离地球5350万光年,大约是太阳质量的65亿倍;另一个是银河系中心黑洞,它被称为人马座A*,它距离地球26000光年,质量大约是太阳的430万倍。

  首先,EHT研究人员观察了M87黑洞,该黑洞在短时间内变化较小,因此他们希望尽快获得人马座A*的图像数据。由于黑洞会吞噬光线,这些图像并未描绘出黑洞内部状况,然而EHT项目提供了黑洞轮廓,描绘出黑洞视界,该区域的任何事物都无法逃离黑洞的引力束缚。

  EHT项目图像显示,M87黑洞的侧影被一个明亮的光子喷射环包围着,光子喷射环是由环绕超大质量黑洞的快速移动炽热等离子构成。在这项研究中,约翰逊和同事认为,这个黑洞光子环是天文学家能够深入探索的重要资源。

  黑洞子环就像电影的帧数

  在爱因斯坦的广义相对论中,黑洞释放光环中内嵌一个“光子环”,其自身是一个复杂的无限子环结构。

  一篇论文中指出,这组子环就像一部电影的帧数,能够从黑洞洞悉宇宙的历史。观看这部“电影”可以揭晓有关黑洞和引力性质的关键因素,例如:详细描述黑洞子环可以帮助科学家确定黑洞的质量和旋转,这两个特性可以定义这些奇特的黑洞。

  一旦你知道黑洞的这两个参数,就会认为自己知道关于黑洞的一切,当前EHT观测允许黑洞质量与实际质量存在10%误差,但并未揭示关于黑洞旋转的太多信息,但是地球之外的太空望远镜或许会发现重要数据。

  比地球更大的望远镜

  EHT联盟是一支国际研究小组,成员大约有200名研究人员,长期致力于将人类观测范围扩大至太空领域,前提是资金充足。毕竟更大的望远镜,例如:通过甚长基线干涉测量技术(VLBI)连接在一起的望远镜网络勘测能力更强大。

  但这一前景计划存在巨大挑战,因为计算数据显示,至少需要6个太空望远镜架构才能显著提高黑洞视界望远镜的分辨率。然而,研究表明,研究黑洞子环并不需要如此大的资金支出。研究人员认为,只有黑洞视界望远镜只要延伸至足够远的太空区域,即使是一颗人造卫星,或者仅是主航天器上的机载仪器,也有可能做到这一点。

  即使在地球同步轨道上,这种太空黑洞视界望远镜分辨率将大幅增强,这里指的是距离地球表面大约35730公里的太空区域,同时,对于一个太空区域适当扩展的黑洞视界望远镜,子环信息很容易被测量。

  这看起来像是魔法,在这种情况下,我们甚至能将黑洞视界望远镜分辨率提高两倍,如果通过一条很长的天基线路,我们也许能将黑洞视界望远镜分辨率增强100倍。这样的太空黑洞视界望远镜将形成一个庞大的网络,甚至比地球更大。

  这一里程碑项目并非近在眼前,但也可能不会太遥远,黑洞视界望远镜可能需要10年的时间去获得一个太空组件。


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