给“银心黑洞”拍照的科研团队里,有位南大天文系教授
2022-05-13 18:53:15

5月12日晚,欧洲南方天文台联合中科院上海天文台召开新闻发布会,第二张黑洞照片“银河系中心黑洞”终于露出真容。记者从发布会上了解到,中国上海天文台牵头组织协调国内17位学者参与了此次EHT项目合作,其中一位便是来自南京大学的李志远教授,他也是江苏高校中唯一参与此项目的天文科研工作者。

李志远教授

他的研究目标之一便是“银心黑洞”

12日的发布会结束后,李志远第一时间接受了记者的采访。他告诉记者,自己是在2016年底受邀正式参与合作。合作的基础主要是基于个人的研究兴趣与经验。“我个人长期研究EHT的主要观测目标之一——银河系中心黑洞,以及与之类似的近邻星系中心黑洞。”本次观测中,李志远参加了EHT项目中的多波段科学工作组,“在EHT合作中,我主要从多波段观测角度开展辅助研究。还曾与研究生一道,利用X射线数据分析了银心黑洞可能存在的喷流”。

李志远介绍,此次发布的观测结果,基于分布在全球六个不同地理位置的八个望远镜,共同组成干涉阵。其中位于夏威夷的JamesClarkMaxwell毫米波望远镜由东亚天文台负责运行,而中国是东亚天文台联盟的成员之一。

这一次拍到银心黑洞照片,对我们来说有什么意义?李志远表示,“银心黑洞”的成像,与2019年M87星系黑洞照片互为印证,是黑洞存在的又一次有力证明。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。

银河系中心黑洞的首张照片 图源 中科院上海天文台

其实,这张“照片”五年前就已经拍完了

这张银心黑洞照片,其实和三年前发布的M87星系黑洞照片是同一时间“拍”下的。2019年首张黑洞照片发布时,科研人员通过分布在全球六个不同地理位置的八个望远镜捕获数据,经过技术合成,让距离地球5500万光年的M87星系黑洞成功“展现”在世人面前。而分析银河系中心黑洞的相关数据,科学家们多用了将近三年时间。

为什么这张照片“洗”出来需要这么久?上海天文台专家介绍,这其中困难重重。为了得到第一张黑洞图像,EHT的一些成员已经默默工作了接近20年。在此过程中,科研工作者们需要不断的开发测试新的硬件和软件,尤其是最后几年,工作量更为艰巨。组织全球性的联合观测本身就有很多实际的困难需要克服,而为了能够有足够的角分辨率观测到黑洞的事件视界尺度,需要很高的观测频率。

在2017年观测后,首先需要从各个台站收集观测数据到数据处理中心,然后利用EHT成员专门针对EHT观测研发的工具,进行数据处理,相关,校准,分析,最后解释得到的结果。整个流程和不同工具的研发测试包含了科研工作者大量的辛勤付出。

银河系中心黑洞的首张照片是这样做成的!(EHT合作组织提供)

观测条件有阻碍,因此选择“舍近求远”

作为距离地球最近的超大质量黑洞,约400万倍太阳质量的银河系中心黑洞距离地球仅有2.7万光年。科研工作者为什么“舍近求远”,先分析出了M87星系黑洞的图像,然后才回过头来分析距离地球相对较近的银河系中心黑洞呢?上海天文台专家介绍,这是因为银河系尘埃带的阻挡,普通的光学望远镜根本无法直接看到银河系中心黑洞附近的景象,只能通过射电、红外和X射线等波段望远镜去推断它的存在。

“我们从2017年4月当中15天时间段里,挑选了天气晴好的5-7天进行观测。在该段时间内,EHT对目标源进行了观测,每晚观测大约8小时。”专家介绍,对银心黑洞的观测,如果考虑前期的筹备和测试阶段,有些EHT团队成员已经投入了差不多20年的时间。在这20年间他们进行了新的硬件研制和新的软件开发,尤其是在2010年后,又有新的望远镜加入该项目,为使这些新老望远镜能够作为EHT阵开展全球协作观测,需要解决很多技术和实际问题。

未来,黑洞不仅可能有彩色照片,还会有电影

据悉,事件视界望远镜在2018年已经增加了3个新的台站,目前正在对2018年和2021年的观测数据进行分析,2022年新的观测数据正在整理中。

上海天文台专家表示,未来,银心黑洞和M87星系黑洞仍是最重要的科学目标,EHT团队正在探究它们如何随时间变化,获得更清晰的图像,并研究周围磁场。在2019年捕获到第一张黑洞照片以后,科学家的下一个重大科学问题是:我们是否能拍摄到气体绕转黑洞的动态过程?黑洞对光线的引力透镜效应是检验爱因斯坦相对论的方法之一,但若能观测物质绕转黑洞的轨道,将是研究这个问题的全新维度。

李志远教授介绍,专家组们并没有停歇,已经投入到新的观测计划中。未来通过对不同频段的观测,科研人员们有望获得更加丰富的数据,丰富黑洞的照片“数据库”,从而给黑洞“拍”出真正意义上的彩色照片。

上海天文台的EHT合作国内协调人、上海天文台台长沈志强告诉记者,拍摄一部银河系中心黑洞的“电影”,是下一代EHT的追求。“正在规划建设中国的亚毫米波VLBI望远镜,以期参与到对银河系中心黑洞的24小时不间断的接力观测中。”

扬子晚报/紫牛新闻记者 杨甜子

校对 李海慧

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