黑洞照片其實(shí)也有個(gè)小遺憾?北大兩位學(xué)者詳解背后故事
世界第一張黑洞照片,讓全球沸騰,理論預(yù)言上百年后,人類終于窺見(jiàn)其真容。在這項(xiàng)偉大的科學(xué)項(xiàng)目中,全球200多名科研人員聯(lián)手攻關(guān),其中來(lái)自中國(guó)大陸的學(xué)者有16人,北京大學(xué)有兩位。記者從北大了解到,這兩位學(xué)者是何子山和邵立晶,他們主要提供理論和數(shù)據(jù)計(jì)算方面的支撐。下一步,該項(xiàng)目還將致力于捕捉更加高清的黑洞照片。
新華社記者 金立旺 攝
昨天中午(4月11日),北大天文學(xué)系系主任吳學(xué)兵告訴記者,大家昨天看到的照片里有陰影,從陰影可以得到黑洞的質(zhì)量。北大科維理天文與天體物理研究所所長(zhǎng)、國(guó)際頂尖天體物理學(xué)家何子山教授的工作就是把黑洞質(zhì)量和以前用別的空間望遠(yuǎn)鏡得到的質(zhì)量進(jìn)行比較,并研究了黑洞和星系其他性質(zhì)的關(guān)系,進(jìn)一步證明黑洞和星系的密切聯(lián)系。北大科維理天文與天體物理研究所邵立晶研究員主要做檢驗(yàn)黑洞時(shí)空的理論研究。
黑洞照片拍攝于2017年4月,直到本月才正式公布,“沖洗”照片就耗費(fèi)了兩年時(shí)間。吳學(xué)兵解釋,之所以“沖洗”耗時(shí)太久,一方面是因?yàn)閿?shù)據(jù)量特別大,一秒鐘的數(shù)據(jù)量就有幾十個(gè)G,海量數(shù)據(jù)處理完成需要時(shí)間;另一方面在于,研究結(jié)果需要互相驗(yàn)證,要讓不同的研究小組分別做獨(dú)立的數(shù)據(jù)處理,看得到的結(jié)果是否相同。
作為北大天文學(xué)系教授,吳學(xué)兵的專攻領(lǐng)域就包括超大質(zhì)量黑洞和黑洞吸積盤理論。他告訴記者,以往做黑洞研究都是間接研究,更多是研究外面物體受黑洞影響發(fā)生的現(xiàn)象,通過(guò)間接測(cè)量來(lái)了解黑洞,“這次直接拍攝到黑洞的照片,太重要了!”這是因?yàn)楹诙吹馁|(zhì)量是黑洞最重要的參數(shù),通過(guò)照片,可以直接通過(guò)測(cè)量陰影的大小,進(jìn)而測(cè)量黑洞的質(zhì)量。
而從理論研究角度而言,邵立晶分析,關(guān)于黑洞的預(yù)言已超過(guò)100年,這次的照片不僅直接確認(rèn)了黑洞的存在,傳達(dá)了黑洞周圍時(shí)空結(jié)構(gòu)的信息,我們能夠用它來(lái)了解極端情況下引力的行為,即強(qiáng)場(chǎng)時(shí)空。現(xiàn)在有個(gè)初步的結(jié)論,這次照片呈現(xiàn)的結(jié)果,與廣義相對(duì)論預(yù)言符合,證明這個(gè)理論在這個(gè)精度上是正確的,這對(duì)未來(lái)人類進(jìn)一步應(yīng)用廣義相對(duì)論更有信心。
對(duì)于未來(lái)的研究方向,邵立晶透露,這個(gè)項(xiàng)目還在持續(xù),未來(lái)將致力于提高照片的空間分辨率。另外,照片是否會(huì)隨時(shí)間變化,也需要進(jìn)一步測(cè)量驗(yàn)證。
吳學(xué)兵則認(rèn)為,未來(lái)還可以把這種拍攝手法應(yīng)用于其他黑洞,去拍攝更多黑洞的照片;這次照片得到的黑洞質(zhì)量等參數(shù)比以往更準(zhǔn)確,也可在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究黑洞與星系其他物理性質(zhì)的關(guān)聯(lián)。
這次拍攝黑洞照片的工作,有16人來(lái)自中國(guó)大陸,其中兩人來(lái)自北大,吳學(xué)兵感到相當(dāng)自豪,“這表明,中國(guó)在這次重大發(fā)現(xiàn)上沒(méi)有缺席。”
令人遺憾的是,參與拍攝黑洞的8臺(tái)望遠(yuǎn)鏡,沒(méi)有一臺(tái)來(lái)自中國(guó),吳學(xué)兵說(shuō),“這次黑洞拍照用的是毫米波段的望遠(yuǎn)鏡干涉陣列,我們國(guó)家在這方面軟硬件都比較缺乏,跟國(guó)外還有一定差距,這也是我們未來(lái)急需提高的地方。”
對(duì)話:下一步要拍更高精度的照片
北京日?qǐng)?bào):您是怎么加入拍攝黑洞這項(xiàng)工作的?
邵立晶:我大約是一年半之前加入,當(dāng)時(shí)我在德國(guó)馬克斯·普朗克射電天文研究所做博士后,這個(gè)研究所的所長(zhǎng)是拍攝黑洞項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人之一,他邀請(qǐng)我參與。2018年9月回到北大任教之后,繼續(xù)推進(jìn)手頭的工作。
北京日?qǐng)?bào):您在其中具體承擔(dān)什么工作?
邵立晶:我主要做與引力理論相關(guān)、檢驗(yàn)黑洞時(shí)空的理論研究。眾所周知,黑洞是廣義相對(duì)論的一個(gè)預(yù)言,我們?cè)诶碚撐锢斫缫灿衅渌碚摚煌碚擃A(yù)言的照片會(huì)不一樣,我們要驗(yàn)證拍出來(lái)的照片符合哪種理論。
北京日?qǐng)?bào):做這項(xiàng)工作辛苦嗎?
邵立晶:比較辛苦,要做不少工作,需要經(jīng)常開會(huì),也要做很多計(jì)算。因?yàn)榍把匦员容^強(qiáng),很多困惑沒(méi)有明確答案,需要自己經(jīng)常琢磨。我參加其中兩個(gè)工作組,每個(gè)組一個(gè)月一次例會(huì),我會(huì)通過(guò)電話會(huì)議與同行們分享進(jìn)展,討論難點(diǎn)。
北京日?qǐng)?bào):黑洞照片有什么作用?
邵立晶:廣義相對(duì)論是否正確,太陽(yáng)系無(wú)法檢驗(yàn)其全貌,需要在更高精度上、更強(qiáng)場(chǎng)下去檢驗(yàn),用這樣的天文觀測(cè)可檢驗(yàn)特殊情況下,這個(gè)基本理論是否正確。現(xiàn)在有個(gè)初步結(jié)論,照片顯示的內(nèi)容,與廣義相對(duì)論預(yù)言符合。這讓我們對(duì)廣義相對(duì)論更有信心,這個(gè)理論今后可以應(yīng)用到更多系統(tǒng)更多場(chǎng)景中,比如現(xiàn)在的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)就用到了廣義相對(duì)論。
北京日?qǐng)?bào):下一步要推進(jìn)哪方面研究?
邵立晶:拍攝黑洞的項(xiàng)目組還存在,各國(guó)科學(xué)家還在推進(jìn)研究,我也會(huì)繼續(xù)在理論方面為觀測(cè)提供支撐。這個(gè)項(xiàng)目未來(lái)將致力于提高照片的空間分辨率,開展更高精度的測(cè)量,并進(jìn)一步驗(yàn)證照片是否會(huì)隨時(shí)間變化。
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