銀河系中心超大質量黑洞的第一張相片正式公布,這是人類第一次看到咱們自己星系中心的超大質量黑洞。此次拍照到銀心黑洞的望遠鏡仍然是事情視界望遠鏡(EHT),它曾在3年前拍照到了人類史上的第一張黑洞相片。
與當年的第一張黑洞相片類似,銀心黑洞相片看起來也像是一個“甜甜圈”。紅橙色的圓圈即為黑洞周圍的吸積盤,其中的陰影便是黑洞真身地點。由于黑洞會束縛住光,所以黑洞自身是看不到任何細節的。
怎么拍照黑洞?
這樣的黑洞相片可能會令一些人失望,與《星際穿越》中的超大質量黑洞看起來相差許多。但事實上,可以捕捉到銀心超大質量黑洞的相片就現已是重大突破,為了完成這一步,天文學家現已付出了巨大的努力。
銀心超大質量黑洞名為人馬座A*,此前,天文學家現現已過鄰近繞行恒星的方法,間接探測到了這個黑洞的存在。依據觀測數據,可以估測出人馬座A*的質量約為太陽的400萬倍,間隔咱們2.6萬光年。
依據愛因斯坦的廣義相對論,人馬座A*的半徑(史瓦西半徑2GM/c^2)估計為1200萬光年。由于黑洞會把光曲折吞噬掉,咱們不行能直接看到黑洞的邊緣(事情視界)。
但由于黑洞憑仗極端的引力,可以把鄰近的物質拽過來,并吞噬掉。這些物質螺旋掉入黑洞的過程中,劇烈的沖突效應可以釋放出超高的能量,其質能轉換功率高達42%(恒星的核聚變只要0.7%),所以活潑的黑洞周圍會產生一個非常明亮的吸積盤。
通過捕捉發光的吸積盤,就能襯托出中間的漆黑區域,那便是黑洞地點。從地球上看來,人馬座A*的吸積盤的直徑估計為52微角秒,也便是0.000052角秒,而一角秒只要1/3600度。因此,這是一個極其微小的物體,為了看到它,需求大到超乎幻想的天文望遠鏡。
天文望遠鏡的分辨率取決于口徑,口徑越大,分辨率越高。但光學望遠鏡受限于物理結構,目前在建的最大口徑也只要40米左右。為了觀測到人馬座A*,需求口徑巨大的射電望遠鏡。
這不但是由于射電望遠鏡的口徑可以做到非常大,單口徑可達幾百米,并且波長較長的無線電波,更簡單穿透銀河系中的濃厚星際塵土。由于星際塵土的阻撓,咱們無法在可見光看到極為明亮的銀心,不然夜空看起來將會比現在亮許多。
盡管射電望遠鏡的口徑很大,但由于觀測波長相比長了許多,這其實會讓分辨率下降。為了提升射電望遠鏡的觀測才干,需求使用干與技能,讓相隔遙遠的射電望遠鏡組成觀測陣列,這樣可以得到一個尺度巨大的虛擬射電望遠鏡。
事情視界望遠鏡使用坐落全球的8臺射電望遠鏡,包含坐落南極點的南極望遠鏡,坐落北極的格陵蘭望遠鏡,坐落南美洲的阿卡塔瑪大型毫米/亞毫米陣列。通過甚長基線干與儀(VLBI)技能,可以得到一臺口徑到達1.2萬公里(適當于地球直徑)的虛擬望遠鏡,這便是事情視界望遠鏡。
即便是強大如事情視界望遠鏡,也只能捕捉到銀心超大質量黑洞的基本面貌,更多的細節仍然不行見,與咱們一般看到的模仿黑洞相片還差得許多。但就目前人類的技能,可以直接捕捉到黑洞現已適當不簡單了。要知道,廣義相對論預言黑洞存在100多年之后,天文學家才第一次直接捕捉到黑洞相片。
為什么不必我國天眼(FAST)觀測黑洞?
咱們知道,我國天眼(FAST)是目前全世界單口徑最大的射電望遠鏡,直徑可達500米,擁有無與倫比的靈敏度。盡管我國天眼非常強大,但為什么沒被用來觀測黑洞呢?
我國天眼確實也是射電望遠鏡,觀測的也是無線電波,但波長規模較長,在1分米至4米之間。而用于觀測黑洞的射電望遠鏡需求更短的波長,最短只要1.3毫米,波長越短才干有足夠高的分辨率。我國天眼不是被設計用于黑洞,它有自己的觀測方針,包含脈沖星、快速射電暴、外星文明信號。
另一方面,為了得到一臺口徑巨大的事情視界望遠鏡,幾臺望遠鏡需求同時對銀心黑洞進行觀測,我國天眼處在東半球,并且方向是固定的,無法轉向,與別的幾臺射電望遠鏡無法協調觀測,白天黑夜相互倒置。
盡管我國天眼沒有參與黑洞觀測,但我國的天文學家參與了黑洞的觀測和處理,所以無論是銀心超大質量黑洞相片,還是更早之前的M87星系超大質量黑洞相片,都有我國天文學家的一份貢獻。未來,我國方案制作亞毫米波射電望遠鏡,有望參與銀心黑洞的聯合觀測。
銀心超大質量黑洞會吞噬銀河系嗎?
銀心超大質量黑洞質量巨大,適當于太陽的400萬倍,它的極端引力不斷把周圍的物質拽向深淵。依據廣義相對論,黑洞的質量越大,直徑也會越大。這意味著隨著黑洞不斷吞噬物質,它也會變得越來越大。那么,未來有一天,人馬座A*會不會吞噬掉整個銀河系呢?
盡管人馬座A*很大,但它的影響規模非常有限。由于整個銀河系非常大,銀河系總質量為太陽的1萬億倍,這適當于人馬座A*的25萬倍。人馬座A*對地球施加的引力遠遠小于太陽對地球施加的引力,所以地球才會繞著太陽滾動,而不會被人馬座A*吸引過去。
盡管太陽以及別的上千億顆恒星都在繞著銀心滾動,但這并不是由于人馬座A*的引力效果,而是整個銀河系一起引力效果的成果。銀河系的一起質心地點之處被界說為銀心,而人馬座A*恰巧處在銀心。
當然,人馬座A*處在銀心中并非偶然,由于簡直所有的星系中心都有一個超大質量黑洞,必定有某種機制讓星系中心出現一個巨大的黑洞,僅僅目前還不清楚究竟是什么原因。
未來,人馬座A*不會吞噬掉整個銀河系,它只會吞噬掉鄰近有限規模內的物質。待到那些物質耗費殆盡,人馬座A*也會隨之趨于安靜。如果沒有持續吞噬物質,人馬座A*將會自發變小,由于黑洞存在霍金輻射,自身會不斷損失質量,通過漫長時間之后,黑洞將會從宇宙中蒸騰殆盡。