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當前報章2022年05月18日
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第二張黑洞照是橙紅色「甜甜圈」
    【中新社上海5月13日電】(中新社記者 鄭瑩瑩) 北京時間5月12日晚21時許,全球多地天文學家聯合揭曉了人類拍到的第二張黑洞照片——位於銀河系中心的超大質量黑洞“人馬座A*(Sgr A*)”的首張照片。
    第二張黑洞照:依然像“甜甜圈”
    一般而言,人類是無法看到黑洞的,因為它吞噬了所有的光(電磁波)。但如果在黑洞周圍打上光(“光”指:周圍氣體發出的輻射),就可以看到黑洞的陰影。
    黑洞陰影和周圍環繞的新月般光環非常小,在拍照設備能力有限的情況下,要想拍攝到黑洞的照片,天文學家們希望找到一個看起來角直徑足够大的黑洞作為對象。Sgr A*和M87*,正是事件視界望遠鏡(Event Horizon Telescope,EHT)合作組織在2017年觀測期間發現的兩個超大質量黑洞。
    大約3年前,也就是2019年4月,EHT合作組織發佈了人類首張黑洞照片——距離地球5500萬光年的M87中央黑洞(M87*)的照片。
    此次Sgr A*的照片,則是人類擁有的第二張黑洞照片。為了拍這張照片,研究團隊創建了一個猶如地球般大小的虛擬望遠鏡,該望遠鏡由分佈在全球六地的8個射電望遠鏡組成。
    從外觀上看,第二張黑洞照片跟首張相似,依然像個橙紅色的“甜甜圈”。中國科學院上海天文台副研究員江悟解釋說,根據愛因斯坦廣義相對論的預言,黑洞周圍發射的氣體光線,受到黑洞強大引力的彎曲,最後所有這些能到達觀測設備的光線,會呈現出一個明亮的環狀結構,中心是一個黑暗區域。因此,從外觀上看,它像一個“甜甜圈”。
    為何第二個“甜甜圈”比第一個更模糊?
    細心的讀者可能會發現,兩張黑洞照片看似相同,實則有差。
    儘管耗時更久(在首張黑洞照片出爐3年後,第二張黑洞照片方才面世),距離地球更近,但第二個“甜甜圈”比第一個“甜甜圈”更模糊。
    江悟解釋,之所以會出現這種情況,是因為在地球和銀河系中心之間存在大量的氣體和塵埃,可能會對銀河系中心圖像產生“模糊和放大”的效果,“所以我們需要到更短的毫米波里去成像。”
    還有一個更大的挑戰是,銀河系中心黑洞的快速“時變”。這就好比,如果拍靜物,攝影師能輕鬆捕捉,但如果拍快速運動的物體,就很考驗攝影師的技術。
    來自斯圖爾德天文台、亞利桑那大學天文系和數據科學所的EHT科學家Chi-kwan Chan解釋說:“氣體繞轉M87*一周需要幾天到數周時間;但對於相對小很多的Sgr A*來說,氣體幾分鐘內即可繞轉它一周。這意味著在EHT觀測後者時,該超大質量黑洞周圍繞轉氣體的亮度和圖案在時刻快速變化著。有點像要給一隻正在追逐自己尾巴的小狗拍張清晰照片。”
兩個黑洞“甜甜圈”一樣大嗎?
    從兩張黑洞的照片來看,大小很相近。而其實人類首張黑洞照片,來自距離地球5500萬光年的遙遠星系M87;這次第二張黑洞照片來自銀河系中心,距離地球約2.7萬光年。距離相差這麼遠,為何呈現的“甜甜圈”看上去差不多大?
    其實,這跟黑洞的大小也有關係,第一張照片的黑洞的質量是太陽質量的65億倍,第二張照片的黑洞的質量約是太陽質量的430萬倍。
   中國科學院上海天文台台長沈志強解釋,大的天體距離地球遙遠,小的天體距離我們近,“就好比,我們看到月亮滿月時,大小跟太陽差不多。其實它們的大小差了400倍左右,與地球的距離也差了400倍左右”。
    下一步給黑洞“拍電影”
    EHT的合作項目吸引全球科學家的參與。第二張黑洞照片中,在中國大陸,中國科學院上海天文台牽頭組織了17位來自7個單位的科研人員參與合作。
    作為EHT合作的中國國內協調人,沈志強介紹,EHT計劃拍攝一部銀河系中心黑洞的“電影”,“現在我們祗是‘拍’到一幀一幀的靜止畫面,將來希望能連續拍攝長時間的‘電影’。
   上海天文台正在規劃建設中國的亞毫米波VLBI(甚長基線干涉測量)望遠鏡,以期參與到對Sgr A*的24小時不間斷的接力觀測中”。
可以給黑洞拍彩照嗎?
    目前的兩張黑洞照片都是單色的。黑洞有辦法“超越”熊貓,拍出彩色照片來嗎?
    對此,南京大學教授李志遠表示,給黑洞拍彩色照片,雖然在原則上可行,但技術上目前還有限制。因為不同波段的分辨率可能差別會很大,現在的毫米波、亞毫米波已被證明是最能提供高分辨率細節的波段,如果要將“拍攝”推廣到其他波段,不是現有的設備所能做到的。
    雖然彩照短期內無望,但雙色或許可能。李志遠介紹,EHT在計劃推動更多波段的“拍攝”,比如推進更高頻率波段的觀測。
    更多迷你“甜甜圈”
    未來,Sgr A*和M87*仍是EHT最重要的科學目標,團隊正在探究它們如何隨時間變化,希望獲得更清晰的圖像。
    EHT還將望遠鏡對準其他目標源,以製作更多“甜甜圈”。因為其他“甜甜圈”更迷你,所以需要更高的角分辨率,需要建設空間望遠鏡,以實現這一目標。
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