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望向黑洞:人类首次直接观测银河中心黑洞

www.fjnet.cn 2012-11-29 16:18   来源:环球网 我来说两句

现在,大部分物理学家已经接受了黑洞—一个重力无限大、拥有无限密度、时间凝固、光在其中被捕获的区域—的存在。黑洞可以分为两类:一类是质量与恒星相仿的黑洞,在星体坍缩后形成;另一类是质量巨大的黑洞,科学家认为这种黑洞存在于所有星系的中心。在每个黑洞的中心都有一个奇点,在那里所有已知的物理法则都不发挥作用。每个黑洞都有一个被称作“事件视界”的边缘,黑洞会从那里不断向宇宙的其他地方扩散。正如Doeleman所说,“事件视界”是“一层时间与空间的薄膜,使某些地方和我们所处的世界有原因地区分开来”。这扇出入宇宙的大门有着严格的规则—任何进入的物体都不能重新返回。

事实上,从来没有人观察过“事件视界”,但它应该是可以看到的。理论物理学家预测,黑洞周围的时间空间的极度扭曲将会创造一个被闪耀光圈包围着的黑色圆形阴影。事件视界望远镜的终极目标就是捕捉到一张来自那个阴影的图像。

假如这个项目取得成功,人们就能知道在黑洞的边缘,即宇宙最极端的环境下,广义相对论将会怎样被证实。这也会为一直只是被假设存在、而从未被证实的黑洞的存在提供确凿的证据。“现在我们只能假设,”加拿大滑铁卢大学的理论物理学家、EHT项目的合作者Avery Broderick说。“但是只有假设注定无法令人信服。除非你能在针尖上找到一个正在跳舞的天使,否则就没有立足点去追究在针尖上到底有多少天使在跳舞。”

在距离莫纳克亚火山240000万亿千米以外的地方,人马座A*正在向宇宙发射辐射。曾经属于星云和恒心的电子和离子以接近光速的速度绕黑洞运行,它们每24分钟绕周长为2.3亿千米的圆周转一圈,同时发出跨越电磁波谱的辐射。一小部分在2万6千年前发射出的辐射将于今晚到达地球,而其中更小的一部分甚至会降落在莫纳克亚的山顶,击打在射电望远镜天线的收集盘上。

如果一切正常的话,收集盘会把射电波导入氦制冷收集器里。在那里,射电波会通过地下光缆被传送至控制室。这些信号将会被一台空调大小、价值30万美金、每千万年只会误差1秒的原子钟标上时间、放大并数字化。随后,这些信号将会被记录在一个容量为8TB的硬盘里并运送至EHT的“透镜”—一台由超级电脑推动的相关器,它位于麻省理工学院设在波士顿郊区的Haystack研究所。

在Haystack,一名技术员会从参与观测的3个站点提取数据:位于夏威夷的亚毫米波阵列天文台和James Clerk Maxwell望远镜,位于加利福尼亚州的毫米波联合阵列天文站(CARMA),以及设在亚利桑那州的亚毫米波天文望远镜(SMTO)。同时,科学家会试图从其他噪音中分辨出有价值的信号。尽管温度已经被降至仅比绝对零度高4摄氏度,望远镜接收器仍然会产生相当于宇宙信号强度10万倍的噪音。“在噪音的顶部有一小部分是信号—除了一点时间的差异和频率的改变—这在不同的观测站是几乎一样的,”负责EHT项目仪器的天文学家、电子工程师Jonathan Weintroub说,“不同观测站的信号相同是因为其来源是相同的。”

为了获得最高的清晰度,所有的工作要在每个站点正确地进行。在亚毫米波阵列天文台那里,一切正常。刚过晚上7点,在经过彻底的软件检查后,天线指向天空,记录器开始工作,长达12小时的观测工作开始了。一个装满零食的旅行袋在各处传递着。我坐在Ryan Howie—一位自从2007年第一次观测活动就在这里工作的20岁出头的望远镜操作员—身边,询问他今晚的准备是否很混乱。“完全没有,”他说,“其实这比前几次的运行要顺畅多了。”

  • 责任编辑:林晨
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