2022年5月12日晚9时,一张黑洞照片刷屏网络。据中国科学院上海天文台消息称,事件视界望远镜(EHT)合作组织在全球多个城市同时召开新闻发布会,正式发布银河系中心黑洞人马座A*的首张照片

这张黑洞照片一经发布就引发全球科学家的关注,它到底有何特殊之处?作为整个银河系中心,数以千亿计的恒星围绕着它运转,它是怎么束缚住整个银河系恒星的呢?

银河系的中间黑洞到底有多大(质量仅银河系0.00045)(1)

本次发布的照片,是事件视界望远镜(EHT)合作组织,利用分布在全球不同位置的八个射电望远镜组网“拍摄”而成,这些望远镜分别位于智利(两个)、南极、美国夏威夷(两个)和亚利桑那州、墨西哥、西班牙等六个地方,它们组成一个巨大的阵列,实现了上万公里的口径,我们可以将这个阵列理解为一个虚拟望远镜,然后通过观测亚毫米和毫米波获取数据,最终制作而成。

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这张照片最终呈现在我们面前时,是一张中心有一个红色巨大圆环的图片,除了清晰度差点,其他看起来和普通的照片没有太大区别,但实际上却是研究团队从2017年就开始观测,历时五年从不同望远镜中提取数据,再将这些数值进行平均后呈现出来的效果。

来自上海天文台的EHT合作成员江悟介绍,这张照片是研究团队拟合众多成像参数才最终确定的,这就意味着展示在我们面前的图片并不是原始拍摄的模样,而是一张“拼起来”照片

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其实,这次发布的照片并不是人类首次获得黑洞照片,在2017年时,事件视界望远镜合作组织同时观测了M87中心黑洞和银河系中心黑洞等多个目标,并于2019年发布了M87中心黑洞照片,成为人类历史上首张黑洞照片,也证明了这类天体是真实存在的。

M87是一个距离地球约5500万光年的巨大黑洞,而银河系中心黑洞距离地球只有2.7万光年,按理说距离近的应该更好拍摄,但为何M87的照片却率先发布呢?

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据项目研究人员介绍,M87黑洞超过65 亿倍太阳质量,而银河系中心黑洞仅有400万倍太阳质量,两者巨大的差异导致观测难度不同;另外还因为银河系中心黑洞周围的气体旋转速度更快,其亮度和图案变化剧烈,这就更增加了观测难度。简单理解就是,拍摄M87黑洞就像在远处拍长城,虽然距离远但是目标稳定且巨大;

而拍摄银河系中心黑洞就像拍眼前跳跃中的小猫,虽然距离近但运动速度太快,想要拍出清晰的照片反而不容易,所以银河系黑洞的照片面世就晚了。

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之前,天文学家们根据银河系中心区域的恒星运行轨迹,计算出中心位置应该存在一个巨大质量的未知天体,而2020年诺贝尔物理学奖,就颁给了“银河系中心黑洞的发现”,理由就是“在银河系中心发现了一个超大质量致密天体”。

关于中心黑洞的研究,之前一直基于科学理论推测,但此次发布的照片,证实了该项理论推测的准确性,也为人类进一步研究银河系提供了进一步基础。

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根据诺贝尔物理学奖得主关研究显示,银河系中心黑洞质量为430万个太阳质量。乍一看感觉不小,但和庞大的银河系相比,却如九牛一毛,根据推算,整个银河系至少有一万亿个太阳质量,如此算下来中心黑洞质量仅占整个银河系的0.00045%

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根据物理学定律,星体的质量越大引力也就越大,就如我们最熟悉的太阳系,作为星系中心的太阳,占据了太阳系总质量的99.86%,巨大的重量确保它能产生足够的引力,让八大行星和各类小天体围绕它旋转。

但从以上的数据我们可以发现,中心黑洞的质量相对于银河系非常渺小,那它是以什么为支点束缚住整个银河系上千亿颗恒星的呢?

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其实,以中心黑洞的质量产生的引力,束缚住周围区域的恒星还有可能,但想束缚住整个银河系的上千亿颗恒星,那是万万做不到的。

在银河系中心区域,有一个直径两万光年厚度一万光年的球状区域,这片区域内集中了大量恒星,它们相互作用下产生了巨大的质量和引力,然后将整个银河系的质量中心固定在了中心黑洞的位置,所以看起来就像是中心黑洞束缚住了所有的恒星,其实这可以说是一种巧合,也可以看做是大家共同的努力稳定了银河系。

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另外,还有科学家推测,束缚住银河系恒星的另一个重要因素是暗物质,因为银河系外围的恒星运动速度,远远超过了中心区域引力所允许的最大速度,如果没有暗物质帮助的话,银河系的外围恒星早就脱离银河系了,就如我们发射的火箭达到一定速度,可以脱离太阳的引力限制飞出太阳系一样。

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科学家推测,整个银河系中暗物质超过可探测物质的5倍之多,正是它们提供了引力让整个银河系保持现在的样子。至于为何人类观测不到,科学家们解释暗物质只发挥引力作用而不产生电磁现象,以至于现有的科学技术根本探测不到。也许未来随着科技发展,新技术的运用就能让我们一睹暗物质的真容了。

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感谢天文科学家们的辛勤工作,让我们得以见证如此瑰丽的宇宙奇景。人类之于宇宙,不过是沧海一粟,浩瀚宇宙中有太多秘密等着人类去探索研究,而对宇宙更深入的探索,可以推动物理学进一步发展帮人类更快开启太空时代,探索宇宙奥秘,寻求宇宙中的能源为人类带来更广阔的发展空间。我们的目标是星辰大海,一点一滴的天体物理学研究积累,就必定能实现这个伟大目标。

作者:牛晓天 校稿编辑:小宛

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