黑洞看上去是怎样的？什么望远镜能做这样的调查？观测中或许遇到什么样的问题？
2019年4月10日，世界各地的地理学家们正鼓足干劲，斗胆测验拍照第一张黑洞图画。这一斗胆的主意需求国际合作来构建一架口径如地球巨细的望远镜，并或许彻底改变咱们对引力的知道。
图解：坐落M87中心的超大质量黑洞，推估质量达太阳的数十亿倍。这是人类史上第一张直接对黑洞观测的地理印象，由事情视界望远镜所拍照，发表于2019年4月10日。
那么黑洞实践看上去是怎样的？什么望远镜能做这样的调查？观测中或许遇到什么样的问题？
黑洞看上去是怎样的？
地理学家们以为，大部分像咱们银河系这样的星系的中心都有特大质量黑洞。特大质量是一个官方术语，它表明太阳质量的几十万到几十亿倍。银河系中心的特大质量黑洞是人马座A*，它的质量是太阳质量的400万倍，却挤在一个直径不到日地间隔三分之一的空间里。
图解：大麦哲伦云面前的黑洞（中心）的模仿视图。请留意引力透镜效应，然后发作两个扩大，以星云最高处歪曲的视界。银河系星盘出现在顶部，歪曲成一个弧形。
虽然黑洞如预期那样普遍存在，以及在咱们银河系后院里也有一个特大质量黑洞，从未有人直接描绘过黑洞。由于从黑洞这一称号可知，它们是黑的，意味着它们如此稠密以至于光线无法逃离。在爱因斯坦的广义相对论方程中，预言了在如此稠密物体的周围，引力牵引效果十分强，会使它们周围的空间曲折，导致光线遵从曲折的途径。
德国地理学家卡尔·史瓦西进一步判定，当你逐步挨近一个黑洞，这种曲折终究会变得如此激烈，以至于光线会折回黑洞内部，不能逃离。这一标志着不能回来的鸿沟被称为事情视界，有时也被称为史瓦西半径。不管劳伦斯·菲什伯恩（电影《黑洞外表》艺人）告知你什么，一旦你跳过黑洞的事情视界，你就再也回不来了。不过，你仍是可以看看我上一集讲掉进黑洞里会发作什么。
即便没有直接的观测成果，咱们也能依据调查以不同办法推断出黑洞的存在。追寻盘绕银河系中心运转的恒星的运动，举个比如，为了解说那些恒星移动的速率，科学家们提醒出有一个巨大但那光学上不行见的物体存在于那里。地理学家安德里亚·盖兹领导了这项作业的大部分作业，你可以在她的研讨小组的网站上观看这些盘绕银河系中心特大质量黑洞的恒星运动时的动画。
假如特大质量黑洞正在积极地吸积物质，咱们也能直接看到它们。当物质掉入黑洞，会构成一个十分热的漩涡盘。当新参加的物质碰击圆盘，会以X射线方式放出高能光子，那样就可以被观测到。当然，上一年一个全新的观测办法被引进，初次引力波勘探，提醒了两个正在兼并的中等质量黑洞。
图解：人马座A*（中心）与两个光回波（圈内）
可是所有这些办法只能直接观测黑洞。4月5日至4月14日进行的一项试验将企图直接描绘咱们黑洞（人马座A*）的事情视界。当相似气态和尘土的物质挨近黑洞，它会加快并开释能量，在事情视界的方位可以正常的看到环形或新月状。黑洞会给环的一部分投上暗影，暗影暗藏着黑洞质量和尺度的头绪。爱因斯坦的广义相对论猜测这些暗影的形状为圆形，这是对观测成果能被直接丈量的预言。
什么望远镜能观测黑洞？
什么望远镜能做这样的调查？地理学家们需求一架口径如地球巨细的望远镜，他们经过运用多个望远镜一起观测来到达这一方针，这些望远镜遍及全球，从南极到亚利桑那州，从夏威夷到西班牙。这一望远镜阵列，包含最近坐落智利沙漠中的阿塔卡玛大型毫米波天线阵列，被统称为事情视界望远镜。所有这些望远镜都作业在1.3毫米波长，换句话说，将在射电波段搜集数据，这种波长可以穿透已知盘绕咱们（银河系）中心黑洞的厚尘土。
“地理学家们将需求一架口径如地球巨细的望远镜。”
每台望远镜搜集的数据将储存在硬盘上，然后经过飞机送往波士顿邻近的MIT海斯塔克地理台。在那里，信号经过一台相当于约800个CPU互连的超级计算机进行兼并。更多关于地理学家怎么将多个小型望远镜兼并成一个大型望远镜的信息，请检查我钛物理播客上关于干与丈量学的著作。
之所以要用到如此多的望远镜，是为了发明杰出的观测条件，一台望远镜可以到达的角分辩率同它的口径有关。望远镜越大，或许本案中，望远镜阵列里单个望远镜之间的间隔越远，在天空中就能看到更精密的细节。行将进行的观测有望到达小于50微秒的分辩率，相当于你在纽约的一所公寓里，可以近间隔感到坐在洛杉矶那儿的桌旁读25美分硬币上的字。相比之下，它的分辩率是哈勃空间望远镜所见的2000倍。
存在什么样的问题？
虽然射电波段的观测最有或许穿透黑洞周围的尘土，地球大气里的水汽仍能影响成果图画的清晰度。很多不同的望远镜介入，要求每个地址的气候都是晴朗的。
每一个数据集都被印上时刻符号，然后发送到超级望远镜会集处理。来自不同望远镜的信息终究调集在一起需求十分准确的原子时钟。时钟是特制的氢原子钟。这些时钟有必要到达每秒差错小于一皮秒的精度。
观测后的数据处理量如此之大，以至于2018年仍得不到终究图画。但这将对咱们理解像引力这样根底的概念起着严重影响。
事情视界实在存在吗?关于光在极点引力存鄙人怎么体现的理论正确吗?黑洞是怎么吸积强大自己的?地理学家们调查到的大规模准直等离子体喷流在黑洞周围是怎么构成的?
假如试验成功，事情视界望远镜项目的科学家们方案将观测方针定坐落巨型椭圆星系M87中心的特大质量黑洞。虽然间隔更远，这一黑洞的质量估量是太阳质量的60亿倍，也便是人马座A*质量的1500倍。爱因斯坦的理论还正确吗？敬请期待……
相关常识
坐落银河系中心，被以为是一个超大质量黑洞。人马座A*或许便是此超大质量黑洞的方位。盘绕人马座A*的星体的速度比银河系内其他星体的速度都要高。其间一颗称为S2的星体，便是以秒速5000公里盘绕人马座A*。
参考资料
1.WJ百科全书
2.地理学名词
3. quickanddirtytips- Perry- Sabrina Stierwalt
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