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你我共同见证人类史上首张黑洞照片公布 验证广义相对论

?#24405;?#35270;界望远镜项目10日在全球多地同时召开新闻发布会发布他们拍到的第一张黑洞照片首次试验验证了爱因斯坦的广义相对论?#37096;?#21551;了直接观测黑洞的序幕期待未来有更多科学发现和研究成果

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要点

1 数百名科研人员参与合作的?#24405;?#35270;界望远镜项目10日在全球多地同时召开新闻发布会发布他们拍到的第一张黑洞照片

2 从爱因斯坦的广义相对论率先预言黑洞的存在到惠勒提出黑洞?#22791;拍?#20877;到霍金提出黑洞是时空的扭曲者科学家们日益相信宇宙中存在许多大小不一的黑洞甚至在银河系的中心就有一个超大黑洞

这是人类史上首张黑洞照片

黑洞曾经被认为不可见如今它竟被你?#39029;?#21151;看见2019年4月10日人类史上第一张黑洞的照片公之于众人类得以看见黑洞真容

全球多地同时召开新闻发布会 公布黑洞照片

数百名科研人员参与合作的?#24405;?#35270;界望远镜项目10日在全球多地同时召开新闻发布会发布他们拍到的第一张黑洞照片

照片主角是室女座超巨椭圆星系M87中心的超大质量黑洞其质量是太阳的65亿倍距离地球大约5500万光年照片展示了一个中心为黑色的明亮环状结构看上去有点像甜甜圈其黑色部?#36136;?#40657;洞投下的阴影明亮部?#36136;?#32469;黑洞高速旋转的吸积盘

我很高兴地宣布我们首次看到了曾认为不可见的东西而这只是开始项目主任美国哈佛-史密森天体物理学中心的谢泼德杜勒曼在美国首都华盛顿说发布会现场多次响起热烈掌声

除华盛顿外中国上海和台北智利圣地亚哥比利时布鲁塞尔和日本东京等地也同时召开发布会美国天体物理学杂?#23601;?#35759;以特刊形式通过6篇论文发表这一重大成果

上世纪初爱因斯坦提出广义相对论预言了黑洞的存在这是一种体积极小而质量极大的天体引力非常强以至于周围一定区域内连光也无法逃逸这一区域被称为?#24405;?#35270;界

?#24405;?#35270;界望远镜?#26412;?#26159;为观测黑洞的?#24405;?#35270;界?#20493;?#35774;?#39057;ġ?#23427;由分布在全球多地的射电望远镜组成相当于一台口径为地球?#26412;?#30340;超级望远镜2017年4月?#29992;?#22269;夏威夷到智利从伊比利亚半岛到南极的这些望远镜在同一时刻对准M87中心黑洞拍照其?#35759;?#30456;当于从地球上给月球表面的一个橙子?#19978;?#29031;片经过近两年的数据处理及理论分析后冲洗完成

包括中国科学院上海天文台在内的一些中国机?#20849;?#19982;观测和数据处理中科院国家天文台副台长薛随建说此次参与为中国今后在相关国际合作中发挥更重要作用做了良好示范

照片给出黑洞这一极端天体存在的最直接证据验证了广义相对论也将帮助回答星系中的壮观喷流如何产生并影响星系演化等诸多?#25226;?#38382;题

黑洞是时?#31449;?#22836;存在一些我们想破解的谜团首次给黑洞拍照可能帮助我们朝着解开这些谜更进一步项目科学委员会主席荷兰奈梅亨大学教授海诺法尔克告诉新华社记者美国哈佛大学理论物理学家亚伯拉罕洛布形容百闻不如一见一图?#26234;?#35328;

爱因斯坦说对了黑洞照片验证广义相对论

浩瀚星空中黑洞是极神秘又惹人遐思的天体

它吞噬一切连光也无法逃脱它体积小质量大可以弯曲周围的时空它的前世今生带着重重谜团让人好奇无比

百余年来人类探寻黑洞奥秘的脚步从未停歇

从爱因斯坦的广义相对论率先预言黑洞的存在到惠勒提出黑洞?#22791;拍?#20877;到霍金提出黑洞是时空的扭曲者科学家们日益相信宇宙中存在许多大小不一的黑洞甚至在银河系的中心就有一个超大黑洞

多年来一些间接证据陆续证实黑洞的存在人类不断插上科幻翅膀勾画黑洞容颜

科幻电影也在不断幻想黑洞影像在电影星际穿越?#20998;У?#40657;洞卡冈图雅是那深不见底的黑色中心与明亮立体的气体圆圈

就在4年前两个黑洞合并产生的引力波信号被科学家捕捉到成为科学界的一个里程碑?#24405;?#20154;类开始听到黑洞

这一次人类终于眼见为实

此次露出真容的黑洞位于室女座一个巨椭圆星系M87的中心距离地球5500万光年质量约为太阳的65亿倍它的核心区域存在一个阴影周围环绕一个新月状光环

观测结果与理论预言非常一致这证实在黑洞这样的极端条件下广义相对论仍然成立中国科学院上海天文台台长沈志强说先?#37096;?#23398;家为我们这个世界搭建的理论模?#20572;?#20877;次经受住考验

上海天文台研究员路如森难掩兴奋黑洞的暗影区域和光环相当于打开一扇窗未来可以更好地重构黑洞吞噬的物理过程深入了解这个过程中发生的奇异?#24405;?/p>

这是4月10日在比利时布鲁塞尔拍摄的新闻发布会现场 新华社记者 张铖 摄

人类首张黑洞照片的三大看点

人类获得的首张黑洞照片10日面世这一重大科学成果由全球多国科研人员历经数年合作完成那么这张照片在科学上有多重要拍到黑洞照片有多难中国又发挥了什么作用

具有历史性意义 

两百多年前就有科研人员设想宇宙中存在一种质量巨大引力强到连光也无法逃脱的天体爱因斯坦在一百多年前提出的广义相对论可用于计算出这种天体的若干性质但黑洞作为一个科学术语直到20世纪60年代才由美国天体物理学?#20197;?#32752;惠勒提出

几十年来黑洞引发人们无数遐想但没有人知道它的真正模样正因为这个第一张黑洞照片才备受期待被誉为非凡的科研成果是天文学上的重要里程碑具有历史性意义

给黑洞拍照的?#24405;?#35270;界望远镜项目科学委员会主席荷兰奈梅亨大学教授海诺法尔克告诉新华社记者黑洞涉及人类对宇宙的根本了解我们的宇宙中有两大理论爱因斯坦的相对论描述了宏观量子力学描述了微观但是在黑洞的边缘相对论与量子力学无法协调在那里可能会发现新的东西

美国亚利桑那大学天文学副教授丹尼尔马罗内认为黑洞之所以重要是因为它在长时间尺度上会影响宇宙演化但人们并没有完全了解黑洞如何吞噬物质然后又将其中一部分以接近光速向外喷射影响其所在星系黑洞照片不仅将为广义相对论提供新信息也有助于了解黑洞喷流的形成过程

1919年人们在非洲和南美出现日食时观测到光线的弯曲从而验证了广义相对论相关预言的正确性百年后发布的黑洞照片又一次支持广义相对论不由让人想起被多次重复的那句话爱因斯坦又对了

上一代人不可能做到的事 

由于光线无法逃出黑洞科研人员要拍的?#23548;?#19978;是黑洞产生的阴影以及周围的吸积盘等从而描绘出黑洞的轮廓此?#38395;?#29031;的一个目标是代号为M87的超巨椭圆星系中心黑洞它的质量是太阳的65亿倍但离我们实在太远达到5500万光年

要拍摄这么远的对象科学家模拟出口径像地球一样大的望远镜这就是?#24405;?#35270;界望远镜它集合了分布在全球各地的多个射电望远镜从智利阿塔卡马沙漠到南极冰原从西班牙的高山到夏威夷的海?#28023;?个射电望远?#20302;?#36807;甚长基线干涉测量?#38469;?#32852;合起来成功拍到人类历史上第一张黑洞照片

谈及给黑洞拍照的?#35759;x?#39033;目协作委员会主席德国马克斯普朗克射电天文研究所所长安东岑苏斯打比方说如果地球是平的那使用这一?#38469;?#21487;以从波恩看清纽约街头报纸上的字

经大约两年的数据处理及理论分析照片才成功冲洗出来照片展示了一个中心黑色的明亮环状结构有点像甜甜圈也与此前科幻电影星际穿越科学顾问根据相对论等模拟的黑洞图片相似?#24405;?#35270;界望远镜项目专家认为与理论预测一致这也证明拍到的就是黑洞

我们已经完成了上一代人认为不可能做到的事情项目主任美国哈佛-史密森天体物理学中心的谢泼德杜勒曼总结说?#38469;?#30340;突破世界上最好的射电望远镜之间的合作创新的算法都汇聚到一起打开了一个了解黑洞的全新窗口

此外此次合作汇集了全球超过200名研究人员的共同努力项目协调并非易事项目科学委员会主席法尔克说不同?#24149;?#19981;同机构不同国家和大洲的科研人员走到一起合作并不容易但如果有共同愿景的驱动有首次看到黑洞的共同梦想合作就变得可能

期待中国成为重要一员 

在?#24405;?#35270;界望远镜项目中中国科学院天文大科学研究中心国家天文台紫金山天文台和上海天文台参与了位于美国夏威夷的东亚JCMT望远镜对黑洞的观测多名中国学者是此次黑洞照片相关论文的作者

不过中国天文学界清醒地认识到目前的参与者角色中国科学院国家天文台副台长薛随建指出这次算是重在参与但为在相关科研领域机制性参与国际合作组织逐渐发挥越来越重要的作用做出了良好的示范

毫无疑问在中国科学界参与的三十米望远镜TMT等其他重大国际项目中那些可预期和不可预期的重大发现将更加激动人心薛随建在?#37038;?#26032;华社记者采访时说

太空可能是中国未来能发挥更多作用的地方法尔克说今后要拍摄更好的黑洞照片就需要比地球还大的望远镜这就需要走向太空中国在射电干涉测量?#38469;?#21644;太空探索方面的能力正快速增长我期待未来中国能成为这个领域的重要一员

回顾与国际同行共同拍出人类首张黑洞照片的经历中国科学院上海天文台研究员路如森说作为长期深度参与?#24405;?#35270;界望远镜国际合作的中国研究人员我觉得这张黑洞照片是科学共同体的努力结果科学对人类发展至关重要人类的科学共同体也是人类命运共同体的重要组成部分

4月10日中国科学院上海天文台台长沈志强主持新闻发布会发布人类史上首张黑洞照片新华社记者 方喆 摄

拍照难在?#27169;?#29992;难以想象的计划寻找至暗信号

给黑洞拍照的难点在参与此次大科学计划的专家眼中可以用三个字来形容小暗扰细节太小信号太暗?#25159;?#22826;多

黑洞如此遥远寻找它如同从地球观察月球上的一个橘子需要的望远镜口径超乎想象况?#36965;?#36825;个望远镜还要足够灵敏?#25293;ܡ?#30475;得清极其微小的细节

自400多年?#30334;?#21033;略发明望远镜以来人类科技水平的飞速提升让望远镜的口?#23545;?#26469;越大分工越来越细但要给黑洞拍照依靠人类现有任何单个天文望远镜都?#23545;?#19981;够

这是一个难以想象的大科学计划用分布全球的8个观测点组成一个口径如地球?#26412;?#22823;小的虚拟望远镜条件?#37327;?#30340;观测点包括夏威夷和墨西哥的火山西班牙的内华达山脉智利的阿塔卡马沙漠南极点等

要顺利拍照不仅要看得远还要选对频道对黑洞?#19978;?#32780;言最佳的波段进行观测至关重要这个波段就在1毫米附近?#19978;?#30340;分辨率相当于能在黑龙江漠河阅读南?#27225;?#23707;上的一张报纸路如森说

不同的望远镜各有所长正是给黑洞拍照的这一特殊要求让包括中国天眼在内的一些大型望远镜束手旁观

专家解?#20572;?#36825;一波段的黑洞电磁波辐射最明亮而背景噪音的?#25159;?#21448;最小

拍照难洗照也不?#20303;?#26395;远?#23548;?#24405;下的海量数据需要进行复杂的后期处理和分析?#25293;?#33719;取最终的黑洞图像

以2017年4月的观测为例每个台站的数据率达到惊人的32GB/秒8个台站在5天观测期间共记录约3500TB的数据专家表示如果是像看电影一样不间断地看这些数据至少需要500多年?#25293;?#30475;完

该国际合作项目负责人哈佛大学教授谢泼德多尔曼表示10多年来正是?#38469;?#30340;突破新望远镜的建成最终使人类能够看到黑洞

?#30097;?#19968;流中国成为国际科学合作重要参与者

从首张月背照片到首张黑洞照片人类观测宇宙的新窗口正在不?#27927;?#24320;在探索宇宙奥秘的征程中中国也不断贡献着智慧

我国科学家全程参与了给黑洞拍照这项国际合作在早期推动这一项国际合作望远镜观测时间申请夏威夷望远镜观测运?#23567;?#21518;期数据处理和理论分析等方面均做出了贡?#20303;?/p>

沈志强说基础科学研究的国际合作是大势所趋但很多时候不能只靠经费投入?#25353;?#20221;子前期研究和人才积累是取得合作话语权的重要因素

从中国天眼FAST到世界巨眼SKA从人类基因组测序到泛第三极环境研究近年来中国参与国际合作的广度和深度不断加大在吸收世界创新养分的同时也不断贡献中国智慧

随着全球射电天文学方兴未艾接连涌现类星体脉冲星星际分子和微波背景辐射四大天文发现近年来我国陆续建成多座射电望远镜口?#27934;?5米到65米再到500米从追赶到并跑天文学研究开始逐步?#30097;?#19968;流

过去一二十年间中国在射电天体物理学天文学等领域取得了巨大进展在此次国际合作中做出了不可或缺的贡?#20303;?#33655;兰奈梅亨大学教授海诺法尔克说随着中国的射电干涉测量和太空探索能力迅速增长中国将成为国际科学合作的重要参与者

黑洞的顺利?#19978;?#19981;是终点

主持?#20998;?#22320;区发布会的德国马克斯普朗克射电天文研究所所长安东岑苏斯强调未来还将增加望远镜的数量甚至对新的黑洞进行观测继续验证广义相对论的有关预测借此了解星系的形成和演进为人类解开更多奥秘

爱因斯坦说科学是永无止境的它是一个永恒之谜

在伟大梦想的支持下人类科学探索的脚步将永不停歇沈志强说

黑洞照片开启直接观测黑洞的序幕 天文学家期待更多发现

人类首张黑洞照片?#26412;?#26102;间10日晚在全球多地同步惊艳亮相引发广泛而?#20013;?#20851;注不同于普罗大众对黑洞照片戏谑狂欢的接力天文学家表示?#24405;?#35270;界望远镜(EHT)成功获得超大黑洞的第一个直?#37038;?#35273;证据不仅首次试验验证了爱因斯坦的广义相对论?#37096;?#21551;了直接观测黑洞的序幕期待未来有更多科学发现和研究成果

这次(获得黑洞照片)是世界上望远镜协同观测取得的巨大成功开启了直接观测黑洞的序幕中国科学院国家天文台副台长薛随建对中新社记者说预计EHT这个1.3毫米波段的综合孔径?#19978;]际?#36824;有很大的进步空间例如增加更多望远镜或者现有望远镜的升级还能使得?#19978;?#26356;加清晰对黑洞质量以及自转参数测量精确同时也有望扩大观测样本?#23548;?#19978;每个星系的中心?#23478;?#34255;一个大质量的黑洞以更加精确检验广义相对论理论这方面人类的好奇心也驱动?#38469;?#30340;不断进步和迎?#26377;?#25361;战在更短的波段?#28909;?#20122;毫米波不断提高?#19978;?#30340;分辨率去揭示更多的科学细节

他指出EHT项目这次发现的重大意义还在于展示了一个数百亿公里范围人类还无法?#29616;?#30340;时空区域在这里面所有的物理理论都无法自洽的描述其物理状态人类?#29616;?#30340;挑战如此具体和实在相信一定有突?#39057;?#37027;一天这也是天文学重大发现将又一次带动物理学革命的鲜活?#36947;?/p>

全世界200多位科学家合作完成的一项重大天文学成果人类首张黑洞照片?#26412;?#26102;间4月10日晚在全球多地同步发布?#24405;?#35270;界望远镜(EHT)宣布已成功获得超大黑洞的第一个直?#37038;?#35273;证据该黑洞图像揭示了室女座星?#20302;?#20013;超大质量星系M87中心的黑洞它距离地球5500万光年质量为太阳的65亿倍

人类首张黑洞照片的图像揭示了室女座星?#20302;?#20013;超大质量星系M87中心的黑洞它距离地球5500万光年质量为太阳的65亿倍在EHT上海发布会上中科院上海天文台台长沈志强研究员强调对M87中心黑洞的顺利?#19978;?#32477;不是EHT国际合作的终点站我们期望也相信在不久的将来EHT会有更多令人兴奋的结果

他?#37038;?#23186;体采访时说基础科学研究的国际合作是大势所趋希望通过成功开展EHT国际合作能提升中国在黑洞探测等方面的研究能力并未来参与国际大项目合作有很好的借鉴作用

EHT观测使用了甚长基线干涉测量(VLBI)?#38469;?#35266;测波段是1.3毫?#20303;?#19990;界各地的射电望远?#20302;?#27493;观测同时利用地球自转形成一个口径如地球大小的虚拟望远镜最终成功获得5500万光年外的超大黑洞照片

沈志强介绍参与EHT项目的中国科学家不仅通过联合运?#24418;?#20110;夏威夷的James Clerk Maxwell望远镜(JCMT)开展观测还积极利用中日韩组成的东亚VLBI网在整个EHT项目观测期间对M87黑洞进行非常密集的观测因为波长越短分辨本领越高中科院上海天文台希望从1.3毫米迈向更短的波长已在今年3月份开展新的1毫米VLBI?#38469;?#27979;试希望通过这样一个新?#38469;?#22312;更短波长上的探测能够得到更多来自银河系中心(银心)黑洞M87超大质量黑洞以及更多宇宙间黑洞的信息

这次的直接?#19978;?#38500;了帮助我们直接确认了黑洞的存在同时也通过模拟观测数据对爱因斯坦的广义相对论做出了验证中科院国家天文台研究员恒星级黑洞爆发现象研究创新团组负责人苟利军指出在EHT的工作过程和后来的数据分析过程中科学家们发现所观测到的黑洞阴影和广义相对论所预言的几乎完全一致令人不禁再次感叹爱因斯坦的伟大

他认为人类首张黑洞照片的另外一个重要意义在于科学家们可以通过黑洞阴影的尺寸限制中心黑洞的质量这次就对M87中心的黑洞质量做出一个独立的测量不过受限于观测分辨率和灵敏度等因素目前的黑洞细节分析?#20849;?#23436;善未来随着更多望远?#23548;?#20837;我们期望看到黑洞周围更多更丰富的细节从而更深入地了解黑洞周围的气体运动区分喷流的产生和集束机制完善我们对于星系演化的?#29616;?#19982;理解

中科院上海天文台研究员路如森说经过近两年的数据处理和分析首次全球合作的EHT观测数据获得M87星系中央黑洞的图像已经面世为验证广义相对论提供了最直接的视觉证据JCMT还将新安装一个345GHz的?#37038;?#26426;用来进行下一轮EHT观测这意味着未来将得到更清楚的VLBI图像也是对目前结果的多重验证如果说黑洞的图像是EHT?#20302;?#24320;出来的花朵那就让这朵花开得更绚丽些吧

他表示对M87黑洞的顺利?#19978;?#23558;激发人们对于黑洞研究的更多兴趣和热情目前对2017年M87黑洞的观测数据仍在继续分析中研究人员希望通过对辐射的偏振研究来获取黑洞周围的磁场性质这对理解黑洞周围的物质吸积及喷流形成至关重要同时另一个最佳?#19978;?#20505;选体银心黑洞的质量更加确定相信随着后续更多的观测台站加入EHT以及数据质量(灵敏度)的提升我们完全有理?#19978;?#20449;在不久的将来EHT能?#25442;?#24471;银心黑洞更加清晰的图像

综合新华社中新网

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