2012逃去黑洞！ 美國科學(xué)家開始探尋黑洞秘密

北京時間1月23日消息，據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)站報道，1月18日，物理學(xué)家和其它相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)家們將聚集美國亞利桑那州圖森參加一個會議，在這次會議上，他們將探討一項(xiàng)就在幾年之前還被認(rèn)為是不可能實(shí)現(xiàn)的想法。本次會議的召集人是迪米特里·薩爾提斯(Dimitrios Psaltis)，他是亞利桑那大學(xué)斯圖爾特天文臺的天體物理學(xué)助理教授，以及丹尼爾·馬龍(Daniel Marrone)，他是斯圖爾特天文臺的天文學(xué)助理教授。

那么這些科學(xué)家們究竟要探討什么事情呢？薩爾提斯說：“沒有人曾拍攝過黑洞的照片，而我們這次想要做的正是這件事?！?/p>

謝潑德·多勒曼(Sheperd Doeleman)是麻省理工學(xué)院赫斯塔克天文臺主任助理，他說：“哪怕在5年之前，這樣一個想法也會被認(rèn)為是不可想象的?！?多勒曼還擔(dān)任著“視界望遠(yuǎn)鏡”(Event Horizon Telescope)項(xiàng)目的首席科學(xué)家。顧名思義，這一項(xiàng)目的目標(biāo)就是拍攝到黑洞的照片。多勒曼說：“現(xiàn)在我們已經(jīng)有了可以做出嘗試的相關(guān)技術(shù)?！?/p>

黑洞的概念最早是由愛因斯坦的廣義相對論導(dǎo)出的，在隨后的數(shù)十年間又經(jīng)過了大量的觀測，測量和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。但是人們從來未能實(shí)現(xiàn)對黑洞的直接觀測，或者拍攝到黑洞的照片。我們所知的僅僅是這種神秘天體對于周遭的時空施加的巨大引力作用。

多勒曼說：“黑洞是你能在宇宙中找到的最極端的環(huán)境?！焙诙磽碛须y以想象的超強(qiáng)引力場，它能夠吞噬一切進(jìn)入其控制范圍內(nèi)的物體，甚至連光也無法逃脫魔掌。因此從這一點(diǎn)來說，黑洞是不可能發(fā)出任何光線的，它只是隱藏在宇宙一隅的深邃黑暗。

那么既然如此，我們又怎么可能去拍攝這樣一種根本就“看不見”的物體呢？對此，多勒曼進(jìn)行了解釋，他說：“當(dāng)大量的塵埃和氣體物質(zhì)旋轉(zhuǎn)著向黑洞下落，在黑洞附近會由于物質(zhì)太擁擠而發(fā)生某種‘交通堵塞’。這有點(diǎn)像是浴缸中排水時形成漩渦的景象。在此過程中物質(zhì)之間的劇烈摩擦導(dǎo)致急劇的升溫過程。氣體和塵埃物質(zhì)形成等離子體，溫度高達(dá)十億攝氏度或更高，這樣它們就會‘發(fā)光’，并釋放出可以在地球上探測到的能量?！?/p>

一旦我們成功拍攝到旋轉(zhuǎn)下降的物質(zhì)流，我們就將能夠勾勒出黑洞的外部輪廓，盡管這并非黑洞本體，我們暫且可以稱之為黑洞的“影子”。一旦越過這條輪廓線，進(jìn)入更加靠近黑洞的位置，一切都將無可挽回，這條“死亡界限”被稱為“視界”。任何越過視界的物質(zhì)都將無法逃離，甚至光線也是一樣。

薩爾提斯說：“到目前為止，我們擁有一些見解的證據(jù)證明在我們銀河系的中心位置存在一個黑洞。而如果我們真的拍攝到了它的‘影子’，那么一切都將確鑿無疑?！?/p>

盡管計算顯示隱藏在銀河系核心位置的黑洞質(zhì)量高達(dá)太陽質(zhì)量的40億倍，但是在天文學(xué)家們的眼中，這真的不算什么。這樣一個黑洞產(chǎn)生的視界范圍大致和水星軌道相當(dāng)，但是它遠(yuǎn)在2.6萬光年之外。因此對于地球上的人們來說，它看起來就像是放在月球表面的一個西柚那么大。馬龍說：“要想看到這么遠(yuǎn)的地方那么小的一個物體，你需要有非常大的望遠(yuǎn)鏡。而在地球上，你能制造的最大型的望遠(yuǎn)鏡就是將整個地球半球作為望遠(yuǎn)鏡的直徑?！?/p>

為了實(shí)現(xiàn)這一宏偉目標(biāo)，天文學(xué)家們正在計劃將散布在全球各處的射電望遠(yuǎn)鏡連接起來，其中包括亞利桑那州格雷漢姆山上的亞毫米望遠(yuǎn)鏡(SMT)，夏威夷莫納克亞山頂?shù)耐h(yuǎn)鏡以及位于加州的毫米波天文學(xué)研究望遠(yuǎn)鏡聯(lián)合陣列(CARMA)等等。另外這一網(wǎng)絡(luò)還將包括一些位于歐洲的射電望遠(yuǎn)鏡，一臺位于南極洲的10米口徑望遠(yuǎn)鏡以及一臺位于墨西哥一座4500米海拔山頂上口徑15米的射電望遠(yuǎn)鏡。

多勒曼說：“簡單而言，我們正在構(gòu)建一臺虛擬望遠(yuǎn)鏡，其口徑相當(dāng)于地球直徑。我們使用的每一臺獨(dú)立的大型射電望遠(yuǎn)鏡都可以被視作是這一巨型望遠(yuǎn)鏡的一部分，有了這樣一臺巨型望遠(yuǎn)鏡，我們就將能夠?qū)崿F(xiàn)對銀河中心黑洞的成像。”

他說：“視界望遠(yuǎn)鏡并非一蹴而就，就像我們按下一個按鈕然后就獲得所有數(shù)據(jù)那樣。事實(shí)并非如此，而是這樣：我們會逐年增強(qiáng)它的能力，讓更多的望遠(yuǎn)鏡加入進(jìn)來，這樣就能逐漸讓我們獲得的影像變得更加清晰，有點(diǎn)像是從較低像素的圖片變?yōu)檩^高像素圖片的轉(zhuǎn)變過程?！?/p>

其中，對于構(gòu)建這樣一臺巨型“視界望遠(yuǎn)鏡”網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要的一環(huán)是位于智利的的ALMA，即“阿塔卡瑪大型毫米波陣列”。這一強(qiáng)大的觀測陣列包含50臺射電望遠(yuǎn)鏡，聯(lián)合運(yùn)行時相當(dāng)于一臺口徑90米的射電望遠(yuǎn)鏡。多勒曼稱之為“真正改變游戲規(guī)則的設(shè)備”。如果能爭取讓ALMA設(shè)備參加這一網(wǎng)絡(luò)，將能讓視界望遠(yuǎn)鏡的觀測分辨率翻倍。

在一份項(xiàng)目簡報中，一位參加該項(xiàng)目的科學(xué)家寫道：“視界望遠(yuǎn)鏡將讓我們前所未有的接近一個黑洞的邊緣。”薩爾提斯說：“我們將有能力實(shí)際看到在非常接近黑洞視界邊緣的地方究竟是何種情形，這里擁有宇宙中最強(qiáng)大的引力場。之前從未有人在這樣強(qiáng)大的引力場中檢驗(yàn)過愛因斯坦的廣義相對論?！?/p>

廣義相對論預(yù)言，限定黑洞邊界的這條明亮視界一定是一個完美的圓形。而根據(jù)薩爾提斯的說法，這樣一次觀測將能夠提供重要的驗(yàn)證。薩爾提斯率領(lǐng)的小組的主攻方向便是廣義相對論。

他說：“如果我們發(fā)現(xiàn)視界的形狀是橢圓形而非正圓形，那么就將意味著愛因斯坦的廣義相對論存在缺陷。但即便我們最終發(fā)現(xiàn)一切都符合廣義相對論的預(yù)言結(jié)果，那么這一過程本身也將幫助我們加深對于這一理論本質(zhì)的理解?！?/p>

黑洞到目前為止仍舊是宇宙中被了解最少的現(xiàn)象之一。其質(zhì)量數(shù)值從太陽的數(shù)倍到數(shù)十億倍，在茫茫宇宙之中它們就像是水中的油滴那樣游蕩。現(xiàn)在我們認(rèn)為大部分(如果不是全部的話)的星系核心都擁有超大質(zhì)量的黑洞存在，而質(zhì)量較小的黑洞則遍布宇宙空間各處。光在我們的銀河系中，科學(xué)家們就估計存在大約25個大小不一的黑洞，質(zhì)量從太陽質(zhì)量的5倍到10倍不等。

馬龍說：“而位于銀河系核心的那個黑洞有幾點(diǎn)好處，首先它足夠大，另外離開我們的距離也不算太遠(yuǎn)。在其它星系中存在著更加巨型的黑洞，但是那些太遙遠(yuǎn)了。也存在一些更近的黑洞，但是質(zhì)量要小得多。而銀河系核心的黑洞則是觀測目標(biāo)的不二之選。”

那么為什么天文學(xué)家們會選擇在射電波段進(jìn)行這樣的觀測，而不是在可見光或者紅外光波段呢？這主要有兩方面的原因：一是要想從地球上觀測銀河系的核心部位，需要穿透銀河系密布恒星的盤面，而無線電波可以穿透數(shù)千光年遍布恒星，塵埃和氣體云的空間；而第二點(diǎn)則是，研究顯示要將全世界的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡組合成一臺類似口徑的巨型望遠(yuǎn)鏡在技術(shù)上是不可能的。

即便是在射電波段上，將多臺相距上千公里的大型射電望遠(yuǎn)鏡獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，防止其與大氣層中的水汽發(fā)生相互干涉，并同時保證精確的計時協(xié)調(diào)以便實(shí)現(xiàn)聯(lián)合成像也是最近幾年才開發(fā)出來的技術(shù)。

在觀測時，網(wǎng)絡(luò)中每一臺成員望遠(yuǎn)鏡都將進(jìn)行獨(dú)立觀測并將數(shù)據(jù)存放在硬盤中，這些數(shù)據(jù)隨后將被人工運(yùn)送到設(shè)在美國麻省理工學(xué)院的中央數(shù)據(jù)處理中心。要協(xié)調(diào)全世界各地的協(xié)同觀測需要一個相互密切配合的國際團(tuán)隊。

正因?yàn)槿绱?，薩爾提斯說：“這次會議并非像一次普普通通的會議那樣，人們因?yàn)橄Ｍ屯袀兎窒硭麄兊难芯砍晒皝砼c會。對于視界望遠(yuǎn)鏡而言，我們需要全世界的科學(xué)家聯(lián)合起來一起制造這臺望遠(yuǎn)鏡，因?yàn)樗瓦@顆星球一樣大。人們從全球各地趕來參會，因?yàn)樗麄儽仨殔⑴c進(jìn)來，共同努力?！?/p>