金沙国际官网登录_平台官网-澳门金莎娱乐网站

第一张黑洞照片亮相,他就是发现了黑洞吸积盘

作者: 澳门金莎娱乐网站  发布:2019-07-20

2014年5月,在北京国际机场,我第一次见到了拉希德·苏尼阿耶夫(Rashid Sunyaev)教授。他是一位身材胖胖的和善老人,热情开朗,十分健谈。在从机场前往宾馆的途中,拉希德几乎就没有停止过讲话,从路边的建筑到北京的房价,他似乎对一切都充满了好奇。彼时,这位俄罗斯天体物理学家受中国科学院“爱因斯坦讲席教授”计划的邀请来中国进行讲学。而我有幸担任了拉希德教授来访期间的助理,陪他进行了一段奇妙的旅程。

图片 1

第一张黑洞照片亮相,他就是发现了黑洞吸积盘的苏尼阿耶夫。第一张黑洞照片亮相,他就是发现了黑洞吸积盘的苏尼阿耶夫。也许这是留在大部分印象中的黑洞,从黑洞的物理特征上来看,视界内的没有任何物质当然包括光线逃出黑洞,所以从理论来分析真正意义上的黑洞形象是看不到的!那么此次公布的黑洞照片是假的吗?

拉希德有一串长长的荣誉头衔:马普天体物理研究所所长兼学术委员、俄罗斯科学院空间研究所首席科学家、普林斯顿高等研究院“莫琳和约翰·亨德里克斯”客座教授……就在几个月前,他还获得了具有“诺奖风向标”之称的引文桂冠奖,理由是“在帮助人类认识宇宙起源、星系形成过程、黑洞吸积盘以及其它宇宙现象方面做出了巨大的贡献”。

昨晚,事件视界望远镜国际合作项目宣布:首张黑洞照片面世!并在全球六地(比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海和台北、日本东京和美国华盛顿)以英语、西班牙语、汉语和日语四种语言,召开全球新闻发布会。

图片 2

对于天体物理学界来说,更为熟悉的是冠以其名的两项重要成果:苏尼阿耶夫-泽尔多维奇效应(Sunyaev-Zel'dovich effect,简称SZ效应)和沙库拉-苏尼阿耶夫盘(Shakura-Sunyaev disc)。

《天体物理学杂志通信》于4月10日以特刊的形式通过六篇论文发表了这一重大结果。该黑洞图像揭示了室女座星系团中超大质量星系M87中心的黑洞。该黑洞距离地球5500万光年,质量为太阳的65亿倍。

一、黑洞真的是只吞不吐的天体吗?

我的老师 胸前佩戴着三枚奖章

20世纪60年代初,贝尔实验室的两位无线电工程师在摆弄他们的喇叭形天线时,偶然间看到一种无论如何也去不掉的“噪声”——宇宙微波背景辐射(CMB)。这一自宇宙早期遗留下来的辐射为流行一时的“稳恒态理论”(该理论认为宇宙中不断有新物质产生,从而使得物质密度即便在时空增长时也保持恒定)画上了句号,从此,“大爆炸”的概念开始深入人心。1978年,这两位工程师,阿尔诺•彭齐亚斯(Arno Penzias)和罗伯特•威尔逊(Robert Wilson)凭借对CMB的探测摘得诺贝尔物理学奖。

 同一时期的苏联,一位名叫雅科夫•泽尔多维奇(Yakov Zel'dovich)的物理学家也在研究CMB。他和他的学生,拉希德·苏尼阿耶夫(Rashid Sunyaev)认为,来自CMB的部分光子在途径星系团时,会与其中的成分相互作用,于是当人们进行测量的方向上有星系团时,CMB的低能光子减少而高能光子则会增加,这种现象被称为苏尼阿耶夫-泽尔多维奇效应第一张黑洞照片亮相,他就是发现了黑洞吸积盘的苏尼阿耶夫。(即SZ效应)。

 SZ效应为人类探索早期宇宙提供了一枚重要的探针,能够帮助我们深入了解大尺度结构的性质、进行宇宙学参数的估计以及研究暗物质和暗能量等问题。然而在很长一段时间内,这项工作并未得到广泛认可,直到观测上的证据出现,方才扭转了这一状况。

第一张黑洞照片亮相,他就是发现了黑洞吸积盘的苏尼阿耶夫。回顾这段历史时,苏尼阿耶夫总是会提到他在导师口述论文第一页的内容后当晚就写完了整篇论文的事,这强悍的战斗力离不开导师的催促。苏尼阿耶夫还经常说起第一次面见泽尔多维奇的经历,“我感到战战兢兢”,他边说边站直身体并把头压向胸口(像犯错的孩子一样)去模仿当时的情形,“他是一个非常厉害的人,胸前戴着三枚劳动奖章”。

图片 3雅科夫•泽尔多维奇,胸前佩戴着三枚“社会主义劳动英雄”奖章,获此殊荣的人在苏联历史上还不到20个。图片来源:Wikepedia

这是一场堪称史无前例黑洞“摄猎”!这是事件视界望远镜国际合作项目于2017年观测,历时近2年时间分析产生的重大科学成果,共有两百多名科学家、工程师和技术人员参与其中,调动了散布于全球的 9 个天文台的力量。

从某种意义上来说,它真就是这样的天体,而且它还不挑食,什么物质都能吞下,连“骨头”都不吐,也许真正做到“吃*不吐骨头”的也就只有黑洞了!但各位可能都理解错了!真正的黑洞在吞噬物质时会有很多特征表现的!

“卡冈图雅”之光

苏尼阿耶夫的另一项重要研究成果,沙库拉-苏尼阿耶夫盘也被称为“标准吸积盘”,来源于于1973年苏尼阿耶夫和尼古拉·沙库拉(Nikolai Shakura)合作发表的文章,是目前应用最为广泛的吸积盘模型

其实吸积盘并不像它的名字听起来那样陌生,还记得《星际穿越》里著名的黑洞“卡冈图雅”吗?在它的周围环绕着的那个明亮的盘状结构就是吸积盘。

图片 4

上世纪60年代,随着类星体的发现,人们意识到热核反应无法解释这类新天体的高光度,它们的能量来源只能解释为物质被致密天体(如黑洞)通过引力俘获的过程中释放的引力能——在极端条件下,这种被称为吸积(accretion)的过程释放能量的效率,甚至远高于物质经核聚变反应的释能效率。

那么如何实现吸积这种过程呢?

当物质沿着开普勒圆轨道围绕黑洞运转时,如果没有引力以外的其它作用力,这些物质会绕着黑洞这么一直转下去而不会下落。但由于物质在做开普勒运动时在不同半径处的转速不同,同时物质间存在粘滞作用,于是距黑洞更近的物质被远处的物质拖拽,将角动量转移出去,使得黑洞引力大于离心力,物质会向黑洞内落去,并释放出其携带的引力能,其中部分引力能最终转变为辐射。

这一过程中,角动量转移是吸积得以进行的关键,而粘滞又是角动量转移的关键,粘滞的可能来源并不唯一。由于当时对粘滞机制了解得还不是很清楚,沙库拉和苏尼阿耶夫回避了具体的粘滞过程,大胆的引入一个α参数来描述粘滞,这就是著名的α粘滞率。至此,他们很快就构建出标准吸积盘模型,并用它成功解释了很多观测现象。

我们是多么幸运,成为了见证首张黑洞照片诞生的第一批人类!

图片 5

不一样的拉希德教授

作为一名天体物理专业的科研工作者,对于拉希德·苏尼阿耶夫和他的研究自然是耳熟能详。而三年前的那次近距离接触,让我了解了这位老人教科书之外的另一面。

好奇心旺盛的博物馆控

我发现,老爷子特别喜欢逛博物馆。

访问北京的那几天里,在各种讨论和报告间歇,拉希德的参观重点就是国家博物馆。他说这是他从小就养成的爱好,延续多年,迄今为止已经去过不少世界著名博物馆。不过他的国博之行对我来说可算是一种“折磨”——我的英语在博物馆场景下完全不够用了。好在现场的志愿者们帮忙,才勉强扛住了他的提问。

 就在离开北京的那天上午,他请求我再带他去国博看一看。这一次我们又逛了大半天,还因此错过了午餐,不过按照他的说法是“精神食粮远比吃饭更重要”。我想,这些特质或许就是他在学术上取得巨大成就的原因所在。

偶遇美国高中生

在离开北京之后,我们的下一个目的地是古城西安,去参加一场关于星系宇宙学的国际会议。值得一提的是,在前往咸阳机场的航班上碰到了一群来华游学的美国高中生;几天后,我们就会在西安街头与之重逢,并发生了一次有趣的对话。也让我见识到拉希德颇为“nerd”的一面。

这天饭后,我们正在某处繁华地段闲逛,一个胖乎乎的小姑娘跑过来热情地和我们打招呼,而我们也认出她是那支美国游学团队中的一员。在得知她们来自巴尔的摩后,拉希德话锋一转,开始兴致勃勃地谈起位于这座城市的约翰·霍普金斯大学,并极力推荐她们参观那里的哈勃望远镜控制室。这些话题显然不是很受女孩子们的欢迎,她们赶紧找了个借口逃之夭夭。

虎跳峡的湍流

我陪同拉希德的最后一站是访问云南丽江的天文台高美古观测站。其间,我们还抽时间去看了虎跳峡。不得不说,在这海拔颇高的地区,我们几个年轻人的劲头还不如一位七十多岁的老人。

 图片 6

苏尼阿耶夫在虎跳峡,图片来源:作者

站在峡谷边的围栏前,上临险峻挺拔的雪山,下观波涛汹涌的大江,听着如虎啸般的水石相击之声,拉希德显得非常激动。他透过震耳欲聋的轰鸣向我大喊,“看!多么神奇啊,是湍流!”湍流的概念不仅仅局限于我们身边的江河湖海之间,它在天体物理领域也有着广泛的应用,而沙库拉-苏尼阿耶夫盘中的粘滞很可能就是湍流造成的。随后,他请我帮忙把这一场景录下来,打算作为素材给学生们演示“湍流”。(编辑:婉珺)

什么是黑洞?

上图中示意的黑洞有很多表现方式,比如吸积盘&电磁波全波段辐射,相对论喷流以及磁场等,但这都不是黑洞所产生的,只是黑洞吞噬物质时的副产品!黑洞真正所表现的,上图中没有一个是它所产生,只有质量、角动量以及电荷才是黑洞在宇宙中的表现!但角动量和电荷我们无法观测到,还有巨大质量的引力,扭曲背景光线理论上我们也能观测到!

引力波和黑洞都是爱因斯坦广义相对论的理论预言,早在1915年,爱因斯坦发表了划时代的理论:广义相对论,并于次年用这个理论预言了引力波。此后,他花了近二十年的研究才相信引力波是真实的,而人类更是在近百年之后才首次探测到引力波。而引力波与黑洞的相关理论工作都是在同一年发表的。在那一年,德国物理学家卡尔·史瓦西解出了广义相对论的第一个精确解:史瓦西解,也就是我们现在所知道的静态、球对称的史瓦西黑洞。

图片 7

在这之后的几十年中,黑洞的研究进展缓慢,没有人知道在广袤宇宙中是否真实存在着史瓦西解对应的天体,大多数学者都只是对这个解的理论或数学结构感兴趣。1939年,奥本海默和斯奈德发现球对称的大质量恒星在其核能耗尽后会在引力作用下直接塌缩向中心。1958年,芬克尔斯坦作出了突破性贡献,发现在史瓦西半径(黑洞的一个特征半径,也叫引力半径或事件视界)之内,任何粒子和光都无法逃离黑洞。因此,从大约1963年开始,史瓦西解对应的天体开始被称为黑洞,尤其是在1967年被普林斯顿大学著名物理学家约翰·惠勒采用后,“黑洞”这个词变得广为流行。

其实理论上的霍金辐射也不是真正由黑洞产生的,所以从绝对意义上来说,黑洞还真是一个一毛不拔的铁公鸡!

从1970年左右开始,天文学家逐渐在宇宙中找到黑洞可能真实存在的观测证据。天文学家发现的黑洞候选体大体上可以分成两大类别:恒星质量黑洞与超大质量黑洞。对于质量位于它们之间的中等质量黑洞,目前的观测证据则要少很多。

二、如何来对黑洞拍照?

2015年,人类首次探测到了来自宇宙中的引力波,引力波的探测可以说是近几年物理与天文学界最重大的突破之一。它不仅进一步验证了广义相对论,而且还对引力波与黑洞的存在给出了关键的观测证据。因此,对这个项目起到决定性作用的三位科学家迅速在2017年获得了诺贝尔物理学奖。这次引力波信号持续时间不到1秒,天文学家相信它来源于两个质量分别约为30和35倍太阳质量黑洞的碰撞并合。这和理论预期是一致的,广义相对论的计算告诉我们当运动的质量拥有变化的加速度时会辐射引力波。在绝大多数情况下,引力波辐射是非常微弱的,而两个互相绕转的致密天体正是天然的引力波源,其在并合前辐射的引力波就相对比较强。

没有任何光线的黑洞当然拍不了照,但他周围的很多特征,比如吸积盘有全波段电磁辐射特征,以及事件视界,还有相对论喷流,另外对背景光线扭曲作用的引力透镜等,都是黑洞表现自己存在特有的方式!此次事件视界望远镜的目标就是观测黑洞的吸积盘以及相对论喷流,当我们能清晰看到整个吸积盘与喷流时,那么很明显中间的黑色洞洞就是黑洞啦,会是这样吗?

近几年引力波事件中探测到的黑洞是恒星质量黑洞,质量大概在数倍到数十倍太阳质量之间。对于这类黑洞,我们已经有了较好的了解,我们相信它们是大质量恒星演化的最终产物。按照估计,银河系大约有千亿颗恒星,其中大质量恒星寿命比较短,多数应该都已经演化成黑洞,银河系中估计大约有1亿颗恒星质量黑洞。目前人类在银河系中只探测到几十颗这类黑洞候选体,其中离我们最近的黑洞麒麟座V616离我们大约有3000光年。

图片 8

本文由金沙国际官网登录发布于澳门金莎娱乐网站,转载请注明出处:第一张黑洞照片亮相,他就是发现了黑洞吸积盘

关键词: 光线 真容 黑洞 第一张 对它

上一篇:迟来的骁龙,但绝不会缺席
下一篇:没有了