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UChicago scientists help capture first image of a black hole

事件视界望远镜——一个由8架地面射电望远镜组成的行星规模的阵列,由国际合作打造——旨在捕捉黑洞的图像。4月10日,在全球协调召开的新闻发布会上,研究人员宣布他们已经成功,首次展示了超大质量黑洞及其阴影的直接视觉证据。

这一突破发表在4月10日出版的《天体物理学杂志通讯》(Astrophysical Journal Letters)特刊上的六篇论文中。这张照片揭示了梅西耶87星系中心的黑洞。梅西耶87是室女座星系团附近的一个大质量星系。这个黑洞距离地球5500万光年,质量是太阳的65亿倍。

EHT将包括芝加哥大学运营的南极望远镜在内的全球望远镜连接起来,形成了一个前所未有的地球大小的“虚拟望远镜”,具有前所未有的灵敏度和分辨率。EHT是多年国际合作的成果,它为科学家研究爱因斯坦广义相对论预测的宇宙中最极端的物体提供了一种新方法。

这幅艺术家的印象描绘了围绕M87星系中心黑洞旋转的过热物质。

“我们已经拍下了黑洞的第一张照片,它是我们宇宙的一扇单向门,”EHT项目主任、哈佛大学|天体物理中心的Sheperd S. Doeleman说史密森学会。“这是一个由200多名研究人员组成的团队取得的非凡科学成就。”

黑洞是非常巨大的宇宙物体,质量巨大,但体积却非常小。这些物体的存在以极端的方式影响着它们的环境,扭曲时空并使周围的任何物质过热。

“如果沉浸在一个明亮的区域,像一盘发光的气体,我们期待一个黑洞来创建一个黑暗地区类似shadow-something爱因斯坦的广义相对论所预测的,我们从来没有见过的,”主席解释说过去科学理事会Heino Falcke荷兰内梅亨大学的。“这个阴影是由视界的引力弯曲和光线捕获造成的,它揭示了这些迷人物体的许多性质,并使我们能够测量M87黑洞的巨大质量。”


多种校准和成像方法揭示了一个环状结构,其中心区域黑暗——黑洞的阴影——持续存在于多个独立的EHT观测中。

EHT观测使用了一种称为甚长基线干涉测量的技术,该技术使世界各地的8个望远镜设备同步,利用地球的自转形成一个巨大的地球大小的望远镜,以1.3毫米的波长进行观测。这种技术使得EHT的角分辨率达到了20微秒——足够在纽约从巴黎的路边咖啡馆里读一份报纸。

其中一个望远镜就是南极望远镜,它是世界上最灵敏的仪器之一,用来寻找宇宙中最古老的光。在芝加哥大学领导的国际合作下,南极望远镜帮助校准了所有望远镜的数据,这是EHT在全球范围内扩展的关键。

“南极望远镜位于地球最南端,这使得它成为全球EHT网络的一个重要组成部分,”该望远镜的负责人约翰·卡尔斯特罗姆(John Carlstrom)教授说。“虽然从南极看不见M87,但它在观测其他黑洞方面发挥着至关重要的作用,比如我们星系中心的大黑洞。”

创建EHT是一项艰巨的挑战,需要升级和连接世界范围内现有的八个望远镜网络,这些望远镜部署在各种具有挑战性的高海拔地区。这些地点包括夏威夷和墨西哥的火山,亚利桑那州和西班牙的内华达山脉,智利的阿塔卡马沙漠和南极洲。

除了南极望远镜,其他贡献望远镜还有ALMA、APEX、IRAM 30米望远镜、James Clerk Maxwell望远镜、大型毫米望远镜Alfonso Serrano、亚毫米阵列和亚毫米望远镜。由马克斯普朗克射电天文学研究所和麻省理工学院草垛天文台主办的高度专业化的超级计算机,将天文望远镜的原始数据以pb的形式组合在一起。


“一旦我们确定我们已经拍下了影子的图像,我们就可以将我们的观察结果与广泛的计算机模型进行比较,这些模型包括扭曲空间的物理、过热物质和强磁场。观测图像的许多特征与我们的理论理解惊人地吻合。“这让我们对解释观测结果充满信心,包括对黑洞质量的估计。”

EHT的建设和观测代表了几十年的观测、技术和理论工作的顶峰。13个合作机构共同创建了EHT,使用了现有的基础设施和来自各种机构的支持。主要资金由国家科学基金会、欧盟欧洲研究理事会和东亚资助机构提供。

“我们已经取得了在一代人之前被认为是不可能的成就,”Doeleman总结道。“技术上的突破,世界上最好的射电天文台之间的联系,以及创新的算法,都为黑洞和视界打开了一扇全新的窗户。”

南极望远镜合作项目由芝加哥大学领导,包括十几个机构的研究小组,包括芝加哥大学附属的阿贡和费米国家实验室。专业的EHT仪器由亚利桑那大学提供。南极望远镜参与EHT主要由国家科学基金会资助。

新闻英文原版地址:https://news.uchicago.edu/story/uchicago-scientists-help-capture-first-image-black-hole