【雙語彙】Black hole and EHT 黑洞與事件視界望遠鏡
2019年04月17日15:10

原標題:【雙語彙】Black hole and EHT 黑洞與事件視界望遠鏡

最近,人類拍攝到的首張黑洞(black hole)照片公佈,終於揭開了宇宙中這一“看不見、摸不著”天體的神秘面紗。

多少年來,由於觀測手段和計算能力有限,黑洞一直停留在理論物理學家的預測中。人們只能偶爾在科幻電影中遐想黑洞的“面容”。現在,我們終於可以“眼見為實”,這無疑是科學技術發展史上又一巔峰時刻。

首次向人類展示自己真容的黑洞位於室女座超巨橢圓星系M87(Messier 87)中心,距離地球大約5500萬光年。從照片上看這是一個中心為黑色的明亮環狀結構,黑色部分是黑洞投下的“陰影”(shadow),明亮部分是繞黑洞高速旋轉的吸積盤(accretion disk)。網友們還發揮想像將黑洞修圖成了甜甜圈的模樣。

美國國家航空航天局(NASA)對黑洞的科普是:A black hole is a place in space where gravity pulls so much that even light cannot get out(黑洞是宇宙中一個引力強大到連光都無法逃脫的地方)。

早在100多年前,愛因斯坦就在廣義相對論中(the theory of general relativity)預測了黑洞的存在:Einstein predicted that dense, compact regions of space would have such intense gravity that nothing could escape them(愛因斯坦預測,宇宙中的極度緻密區域有著極強的引力,以至於任何東西都無法從中逃脫)。而“黑洞”一詞作為一個科學術語,在20世紀60年代才由美國天體物理學家約翰·惠勒提出。

因此,黑洞並不是“顧名思義”的一個empty space(空蕩蕩的空間),而是a great amount of matter packed into a very small area(大量物質堆積在一個極小的區域),所以是supermassive(超大質量)的。這次觀測到的黑洞質量是太陽的65億倍。

黑洞神秘而難以捕捉,科學家們用了十多年時間才拍下這張照片。“工欲善其事,必先利其器”,這次拍照的利器便是“Event Horizon Telescope”(“事件視界望遠鏡”,簡稱EHT)。

聽起來有些拗口的名詞“Event Horizon”(事件視界),其實得名於黑洞本身的一種特性。在黑洞周圍,光線不能逃脫的臨界範圍被稱為黑洞的半徑或事件視界。事件視界實際是指event(事件)被觀測到的界限。目前,超越事件視界的景象,也就是黑洞內部,是無法被觀測到的。

正由於所有光都不能擺脫黑洞的掌控,我們只能通過觀測黑洞的強引力場對其周圍恒星和氣體的影響來間接觀測黑洞。隨著恒星、氣體和塵埃越來越接近超大質量黑洞,它們會進入越來越小的空間,逐漸升溫,然後被撕碎,形成圍繞黑洞並散發熱量的碎片,即“吸積盤”(accretion disc或accretion disk)。

“事件視界望遠鏡”是由分佈在美國、墨西哥、智利、法國等地的8個大型射電望遠鏡及陣列組成的觀測網絡,這是一個口徑像地球一樣大的望遠鏡(a telescope the size of Earth)。超過200名世界各地的研究者參與了這一項目,其中也包括來自中國的團隊。

拍攝了照片,還需要衝印。這一望遠鏡陣列收集到的千萬億字節級別的數據,經由超級計算機(supercomputer)進行了約兩年的處理及分析,再通過創新算法(algorism)才成功“衝洗”出黑洞照片。儘管這次照片有點“糊”,但科學家們說未來會有更多觀測台站加入,靈敏度和數據質量都將提升,有望看清黑洞更多細節,對結果的分析也會更加深入。

有意思的是,M87黑洞照片與科幻電影《星際穿越》中的黑洞景像有一定相似性。當時,在物理學家、諾貝爾獎獲得者索恩的幫助下,導演諾蘭塑造了一個擁有幽深黑色中心和外圈高亮吸積盤的黑洞。

在電影中,主人公庫珀掉入黑洞,收集到黑洞奇點(singularity)的量子數據,然後傳送給了另一個時空的女兒,成功拯救了地球。儘管黑洞造成了時空的彎曲,但love is the one thing that transcends time and space(愛是可以穿越時間和空間的存在)。(彭茜)

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