从预言走到眼前 人类有史以来首张黑洞照片诞生(2)_生活健康报
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从预言走到眼前 人类有史以来首张黑洞照片诞生(2)

  2012年就已参与黑洞观测的中国科学院上海天文台研究员路如森说,这个比方一点不夸张。给黑洞拍照有几大难点:首先是选择合适的拍照对象,然后要共同合作组成一个超级大望远镜,还必须在合适的观测波段——毫米波。“观看电视节目必须选对频道,对黑洞成像而言,在合适的波段进行观测至关重要。”他告诉记者,这对设备精度和灵敏度的要求极高,同时需要“天时地利”的配合。去年4月间的全球观测恰逢历史上最好的天气,取得的数据非常理想。

  用什么样的“相机”才能实现给黑洞拍照的宏大计划?这一次的阵容堪称“地球级别”。全球科学界将分布在世界各地的8个射电望远镜(阵)“组合”起来,形成一个口径如地球大小的“虚拟”望远镜,所达到的灵敏度和分辨本领都是前所未有的。可以说,正是全球科学界同步的努力,让人类拍摄到有史以来首张黑洞照片。

  路如森告诉记者,创建EHT是一项艰巨的挑战,需要升级和连接部署8个现有的射电望远镜来组成全球网络,这些望远镜分布在各具挑战性的高海拔地区——包括夏威夷和墨西哥的火山、亚利桑那州的山脉、西班牙的内华达山脉、智利的阿塔卡马沙漠以及南极点。科学家们在这些观测台站昼夜不停地记录、分析,2017年4月的EHT观测中每个台站的数据率达到惊人的32Gbit/s,8个台站在5天观测期间共记录约3500TB数据。如果是这么多电影的话,至少要几百年才能看完。

  这一次给黑洞拍照到底有多精确?达到的分辨率约20微角秒。“相当于在巴黎的一家路边咖啡馆,可以读到纽约的报纸。”路如森打了这样一个比方。

  虽然这些射电望远镜没有实际连接,但借助氢原子钟精确计时,各台望远镜实现了数据记录的同步。这些数据被存储在高性能的充氦硬盘上,随后被空运至马普射电所和麻省理工学院海斯塔克天文台,在那里,被称作相关处理机的高度专业化超级计算机对各个台站数据进行处理。最后,借助合作开发的新型计算工具,这些数据被精心处理并用来生成图像。

  沈志强介绍,此次黑洞成像采用的是1967年出现的甚长基线干涉测量(VLBI)技术,观测波长是1.3毫米,并且将有望扩展到更短的0.8毫米。值得一提的是,VLBI技术也成功应用于我国嫦娥探月工程的探测器的测定位。

  全球科学界合作的典范

  记者了解到,参与此次事件视界望远镜大型国际合作项目的科研人员达200名之多,其中,来自中国大陆的学者有16人,分别来自上海天文台8人、云南天文台1人、高能物理所1人、南京大学2人、北京大学2人、中国科学技术大学1人、华中科技大学1人。另外,还有部分来自中国台湾地区的学者。

  “在捕获首张黑洞图像的过程中,中国科学家做出了极具国际显示度的工作。”沈志强自豪地说。他告诉记者,我国科学家长期关注高分辨率黑洞观测和黑洞物理的理论与数值模拟研究,在EHT国际合作形成之前就已开展了多方面工作。在此次EHT合作中,我国科学家在早期EHT国际合作的推动、EHT望远镜观测时间的申请、夏威夷JCMT望远镜的观测、后期的数据处理和结果理论分析等方面作出了中国贡献。此外,在2017年EHT全球联合观测的2017年3—5月期间,上海65米天马望远镜和新疆南山25米射电望远镜作为东亚VLBI网成员共同参与了密集的毫米波VLBI协同观测,为最终的M87黑洞成像提供了总流量的限制。

  “我很早就与中国科学家合作研究黑洞,那是20年前,如今他们已是中国受人尊敬的科学家。我很高兴能和他们一起庆祝此次进展。在天文学、射电天文学、太空天体物理等领域,中国在这个全球项目中作出了非常重要的贡献。”海诺·法尔克说。

  毫无疑问,这一次“看见”黑洞的突破性工作是全球科学界合作的典范,离不开数十年观测、技术和理论工作的坚持和积累,更离不开来自世界各地的研究人员的密切合作。作为多年国际合作的结果,EHT为科学家们提供了研究宇宙中最极端天体的新手段。

  参与此次观测的望远镜包括 ALMA、APEX、IRAM30米望远镜、James Clerk Maxwell望远镜、大毫米波望远镜(LMT)、亚毫米波阵(SMA)、亚毫米波望远镜(SMT)和南极望远镜(SPT)。马普射电所和麻省理工学院海斯塔克天文台的专用超级计算机负责了对原始观测数据的互相关工作。据介绍,随着IRAM NOEMA天文台、格陵兰望远镜和基特峰望远镜的加入,未来EHT的灵敏度将显著提高。

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