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第1072章 山海世界(266)(1 / 1)

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美国东部时间2019年4月10日9时(北京时间10日21时),全球多地天文学家同步公布了M87黑洞“真容”。该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。爱因斯坦广义相对论被证明在极端条件下仍然成立。

北京时间2021年3月24日晚10点,中国科学家参与的事件视界望远镜(ETH)合作组织公布最新研究成果:偏振光下M87超大质量黑洞的影像。这是继两年前成功捕获人类有史以来首张黑洞照片后的最新进展,也是人类第一次在接近黑洞边缘处测得表征磁场特征的偏振信息。这一结果对解释距离我们地球5500万光年的M87星系如何从其核心向外传播能量巨大的喷流至为关键。

2022年5月,在包括上海在内的全球各地同时召开的新闻发布会上,天文学家向人们展示了位于我们银河系中心的超大质量黑洞的首张照片。这一成果给出了该天体就是黑洞的实证,为理解这种被认为居于大多数星系中心的“巨兽”的行为提供了宝贵的线索。该照片由事件视界望远镜(EHT)合作组织这个国际研究团队,通过分布在全球的射电望远镜组网“拍摄”而成。

这是我们银河系中心超大质量黑洞Sgr A*的首张照片,是这个黑洞真实存在的首个直接视觉证据。该照片由分布在地球上的八个射电望远镜组成的、一个等效于地球般大小的虚拟望远镜(即EHT)所捕获。望远镜以事件视界(即,光线也无法逃脱的黑洞边界)命名。

因为黑洞不发光,所以我们看不见黑洞自身,但绕转的发光气体给出了其存在的信号:一个被亮环状结构围绕的暗弱中心区域(称之为阴影)。照片上显现出的(射电)光都是由该黑洞的强大引力弯曲所致,这个黑洞的质量超过了太阳质量的四百万倍。

这张照片是EHT团队将从Sgr A*的2017年观测数据中提取出的不同照片平均而成。

2023年,美国普林斯顿高等研究院的研究团队使用了在2017年联网观测的“事件视界望远镜”(EHT)合作组织获得的数据,利用主成分干涉测量建模(prcipal-po terferotric odelg,简称PRIMO)的机器学习技术,首次将黑洞图像的分辨率达到了阵列的物理分辨率,最终生成新的M87黑洞图像。

2015年,一个由美国、英国、意大利和奥地利科学家组成的国际研究团队,根据先前的研究和通过超级计算机的模拟,发现黑洞、引力波和暗物质均具有分形几何特征。有专家认为,这一重大发现将导致对天文学甚至物理学诸多不同领域的深刻认识。

黑洞是宇宙空间内存在的一种密度无限大、体积无限小的天体,所有的物理定理遇到黑洞都会失效;它是由质量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽而“死亡”后,发生引力坍缩产生的。当黑洞“打嗝”时,就意味着有某个天体被黑洞“吞噬”,黑洞依靠吞噬落入其中物质“成长”;当黑洞“进食”大量物质时,就会有高速等离子喷流从黑洞边缘逃逸而出。科学家利用流体动力学和引力相关理论并通过超级计算机进行模拟后得出结论——“进食”正在成长过程中的黑洞,将会使其形成分形表面。

美国着名物理学家约翰·惠勒(John Wheeler)教授曾经说过:今后谁不熟悉分形几何,谁就不能被称为科学上的文化人。华夏着名学者周海中教授曾经指出:分形几何不仅展示了数学之美,也揭示了世界的本质,从而改变了人们理解自然奥秘的方式;可以说分形几何是真正描述大自然的几何学,对它的研究也极大地拓展了人类的认知疆域。可见,分形几何有着极其重要的科学地位。

黑洞是宇宙中最神秘的自然现象。它为什么具有分形几何特征,其原因还是一个谜。

2022年8月,美国国家航空航天局(NASA)发布了一段音频片段,声音是根据2亿光年外的英仙座黑洞的引力波而合成的。据报道,这段音波来自美国宇航局的钱德拉X射线天文台。

借助X射线望远镜,我们可以看到黑洞周围吸积盘产生的周期性光变,就像黑洞的“心跳”。最早发现心跳的天体是1992年石榴号(GRANAT)X射线卫星发现的GRS 1915+105,也是人类发现的首个银河系射电超亮源。它是一个X射线黑洞双星系统,包含一颗黑洞和一颗恒星,两者的质量都有可靠的测量,分别是约12个太阳质量和0.7个太阳质量。

德国马克斯普朗克核物理研究所和赫尔姆霍茨柏林中心的研究人员使用柏林同步加速器(BESSY Ⅱ)在实验室成功产生了黑洞周围的等离子体。通过该研究,之前只能在太空由人造卫星执行的天文物理实验,也可以在地面进行,诸多天文物理学难题有望得到解决。黑洞的重力很大,会吸附一切物质。进入黑洞后,任何东西都不可能从黑洞的边界之内逃逸出来。随着被吸入的物体的温度不断升高,会产生核与电子分离的高温等离子体。

黑洞吸附物质会产生X射线,X射线反过来又会刺激其中的大量化学元素发射出具有独特线条(颜色)的X射线。分析这些线条可以帮助科学家了解更多有关黑洞附近等离子体的密度、速度和组成成分等信息。

在这个过程中,铁起了非常关键的作用。尽管铁在宇宙中的储量并不如更轻的氢和氦丰富,但是,它能够更好地吸收和重新发射出X射线,发射出的光子因此也比其他更轻的原子发射出的光子具有更高的能量、更短的波长(使得其具有不同的颜色)。