還記得4月10日事件視界望遠鏡(EHT)發布了第一張黑洞陰影投射到其吸積盤熱氣體上的圖像嗎?這張位於M87星系中心的黑洞圖片登上了世界各地的頭版新聞。項目負責人在美國物理學會4月會議上說,事件視界望遠鏡(EHT)很快就會製作出第一部關於這種熱氣體在陰影周圍混亂旋轉的影像。EHT不是一個單一的望遠鏡,相反,它是一個由世界各地射電望遠鏡組成的網絡,它們一起對無線電波進行精確定時的記錄,這些記錄可以組合起來,使不同的望遠鏡成為一個整體。
博科園:領導EHT項目的哈佛大學天文學家謝普·多爾曼(ShepDoeleman)在演講中說:隨著越來越多的射電望遠鏡加入到EHT中來,該團隊更新了該項目的記錄技術,圖像細節應該會大幅增加。然後,這個團隊應該能夠製作出黑洞活動的影像。Doeleman說:事實證明,即使是現在,在現有的條件下,我們也有可能,在一定的預先假設下,研究旋轉特徵(環繞視界旋轉的吸積盤證據)。然後,如果有更多的觀測站,那麼就可以真正開始看到黑洞吸積和旋轉的實時影像。
這張由視界望遠鏡項目拍攝的圖像顯示了M87星系中心超大質量黑洞的視界。圖片:EHTCollaboration以M87的黑洞為例,製作一部影像將會非常簡單。黑洞是巨大的,即使對於星系中心的超大質量黑洞來說也是如此:質量是地球太陽質量的65億倍,它的視界(超過這一點甚至光都無法返回)包圍著一個和我們整個太陽系一樣寬的球體。所以,這個黑洞吸積盤的熱物質需要很長時間才能繞著這個物體走一圈。[M87]發生明顯變化的時間跨度超過一天,Doeleman說:這太棒了,因為它的意思是一次拍攝一幀的影像。可以……塑造我們的形象,然後,如果想再拍一部,或者一部延時電影,那麼我們就在第二天或者下個星期出去。
計劃中的無線電天線的位置是事件視界望遠鏡陣列的一部分。圖片:EventHorizonTelescope/UniversityofArizona可能會連續做七周,得到七幀電影,然後看到一些東西以這種方式移動。但是M87黑洞並不是事件視界望遠鏡(EHT)觀測到的唯一一個超大質量黑洞。該團隊還在研究人馬座A*,這是位於我們銀河系中心的超大質量黑洞,並計劃很快發布該物體的第一張圖像。事件視界望遠鏡(EHT)研究人員還打算把離黑洞更近、研究更深入的黑洞拍成電影,但這個項目將更加複雜。人馬座A*質量大約是M87黑洞的1000倍,所以圖像的變化要快1000倍。所以,這意味著它將在幾分鐘或幾小時內發生變化,必須開發一種完全不同的算法。
不同望遠鏡的視圖,有助於「事件視界」望遠鏡有地球半球的成像能力。圖片:APEX,IRAM,G.Narayanan,J.McMahon,JCMT/JAC,S.Hostler,D.Harvey,ESO/C.Malin因為這就好像你把相機的鏡頭蓋打開,在你曝光的時候有東西在移動。要拍一部電影,EHT不僅要收集生成黑洞圖像所需的所有數據,還要按時間將這些數據分成不同的塊。接下來,研究小組將使用複雜的算法對這些圖像塊進行比較,以找出圖像在被捕獲時是如何變化。必須找到一種方法來研究第一個小數據,然後第二個小數據,然後再拍一部電影,所以團隊成員正在研究這個動態成像。這種方法使用圖像移動模型,將這些模型與實際數據進行比較,看看是否匹配。
在廣義相對論中,有五種不同的模擬,使用黑洞吸積盤的磁流體動力學模型,以及無線電信號的結果。注意所有預期結果中事件視界的清晰特徵。圖片:GRMHDsimulationsofvisibilityamplitudevariabilityforEventHorizonTelescopeimagesofSgrA*,L.Medeirosetal.,arXiv:1601.06799必須聰明一點,弄清楚這段時間的數據與這段時間之後數據之間的關係。比如,你可以說,好吧,你可以移動,但你不能移動那麼遠。』利用這些約束條件,團隊可以將非常有限的數據從任何一分鐘轉換成SagA*運行中的完整圖片。因此,研究小組希望能在一個晚上拍攝出較小黑洞的影像。加拿大滑鐵盧大學(UniversityofWaterloo)天體物理學家埃弗里布羅德里克(AveryBroderick)說:這些影片應該揭示出黑洞周圍吸積盤行為的新細節,包括它們是如何吞噬物質,將能夠通過觀察黑洞電影而不是肖像來繪製時空圖。
吸積盤的朝向(左兩個面)或邊緣(右兩個面)可以大大改變黑洞被我們看到的特徵。圖片:'Towardtheeventhorizon—thesupermassiveblackholeintheGalacticCenter',Class.QuantumGrav.,Falcke&Markoff(2013)博科園-科學科普|文:RafiLetzter/LiveScience/美國物理學會博科園-傳遞宇宙科學之美
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