高中生科研物理学方向课题:研究黑洞的究极意义

人们对未知的外太空从未停止过探索,从月球到太阳系再到银河系,随着科技的发展,宇宙的秘密也在逐渐被揭露……
从银河中心到地球,我们看见了跨越27000光年黑洞的真实图像!图片来源:EHT

北京时间5月12日,全球多地同步举办“来自事件视界望远镜的关于银河系中心的突破性成果”发布会,发布了位于银河系中心的超大质量黑洞Sgr A*的第一张照片。

这是EHT合作组织继2019年发布人类第一张黑洞(星系M87中央黑洞)照片后的又一重大突破。

此次发布的照片为之前诺贝尔物理学奖——“银河系中心黑洞的发现”提供了直接视觉证据。

拍摄黑洞竟然真的实现了
在2017年,科学家团队使用事件视界望远镜EHT观测星系M87中央黑洞M87*和距离地球27000光年的银河中心黑洞Sgr A*。

观测期间,每晚需连续采集好几个小时,类似相机长时间曝光。团队历经几天顺利完成了观测任务,接下来最重要也是最繁琐复杂的工作就是整理分析庞大的数据。

EHT的8个台站观测5天就记录了大约3500TB的数据,经过两年对数据校正处理和分析后,才有了19年人类首张黑洞M87*的照片,而最近发布的Sgr A*照片则更是用了长达五年的时间才完成。

 · 事件视界望远镜EHT · 
该望远镜利用甚长基线干涉技术(VLBI)观测星系中央特大质量黑洞,由来自南极、智利、墨西哥、美国亚利桑那州、美国夏威夷(中国参与运行)、西班牙的八个射电望远镜组成。

各地射电望远镜互相协调、同时观测同一目标并记录下数据,其口径等效于地球直径。
从银河中心到地球,我们看见了跨越27000光年黑洞的真实图像!图片来源:EHT

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人类一直在探索前进
人类对黑洞的探索可以追溯到上个世纪。1974年天文学家布鲁斯·巴里克(Bruce Balick)和罗伯特·布朗(Robert Brown)使用长基线干涉的方式确认了银河系中心的射电源,罗伯特·布朗将其编号为Sgr A*(人马座A*)。

后来科学家们意识到“Sgr A*就是对应于银河系中心四百多万倍太阳质量的黑洞的射电源”,后来科学家提出利用VLBI技术来确定银河系中心黑洞的大小。

近二十年,随着VLBI技术及观测设备的发展,人们终于开始对黑洞开展高辨率观测。
从银河中心到地球,我们看见了跨越27000光年黑洞的真实图像!Sgr A*照片发布后,一位来自上海天文台的EHT合作成员表示:“研究团队遍历了极大的成像参数空间,才得以确定这张黑洞照片。”
从银河中心到地球,我们看见了跨越27000光年黑洞的真实图像!来源:中科院上海天文台

研究黑洞的究极意义
Sgr A*照片的发布,意味着人类在观测设备、观测技巧、数据处理能力等多方面有了质的飞跃。

同时研究人员认为,这次发布的观测成果可能会为新的量子引力理论提供一条道路——将爱因斯坦广义相对论与量子理论结合起来。

他们还开始使用新的数据来测试超大质量黑洞周围气体行为的理论和模型。这一过程尚未被完全解释,但伦敦大学学院的Ziri Younsi博士说“这是我们了解银河系如何形成的关键。

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课题介绍

  • 课题名称: 活动黑洞中尘埃的极紫外消光曲线测量
  • 相关学科:物理学
  • 课题介绍:宇宙中尘埃是普遍存在的,尘埃通过对光的吸收和再辐射影响一系列重要的天体物理过程。本项目拟利用活动黑洞作为背景光源,通过比较有尘埃和无尘埃的类星体样本的紫外性质,首次研究活动黑洞寄主星系中尘埃的消光性质,并推断尘埃的大小分布和化学成分。

导师介绍

  • 中国科学技术大学天体物理博士毕业,极地科学研究部副研究员;
  • 曾主持国家自然科学基金项目与上海市自然科学基金项目,在Nature、ApJ、MNRAS 等顶尖期刊发表论文40余篇;
  • 研究领域:南极天文学、星系中心超大质量黑洞与星系共同演化、类星体吸收线系统研究等。

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