正在旋轉(zhuǎn)的黑洞M87 是怎么被證明的？

文章來(lái)源：都市快報(bào)

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發(fā)布時(shí)間：2023-12-04 16:40:16

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Nature論文第一作者崔玉竹帶來(lái)最新研究科普發(fā)布

引爆大家對(duì)宇宙、黑洞的好奇

活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng) 記者江玥攝

“黑洞是什么？”

當(dāng)主持人拋出這個(gè)問(wèn)題時(shí)，下面的孩子爭(zhēng)著開(kāi)始回答。

“黑洞是能吸收一切物質(zhì)的天體”“黑洞是恒星爆炸坍縮后形成的”……昨日上午，浙江省科協(xié)最新一期“科技成果科普發(fā)布”活動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)，之江實(shí)驗(yàn)室博士后崔玉竹給大家?guī)?lái)了一場(chǎng)關(guān)于黑洞的最前沿研究的科普發(fā)布。

正在旋轉(zhuǎn)的黑洞

是怎么被證明的

一直以來(lái)，人們對(duì)活躍在星系中心的超大質(zhì)量黑洞充滿了好奇，作為宇宙中最具破壞性且最神秘的天體之一，它們引力巨大，通過(guò)吸積盤(pán)“吃進(jìn)”大量物質(zhì)，同時(shí)也將物質(zhì)以接近光速的高速“吐出”到數(shù)千光年以外。這些能量來(lái)自哪里？黑洞、吸積盤(pán)、噴流之間又是如何傳遞能量的？這是困擾了物理學(xué)家和天文學(xué)家一個(gè)多世紀(jì)的難題。

2019年，事件視界望遠(yuǎn)鏡(EHT)合作組織發(fā)布人類(lèi)歷史上第一張黑洞照片，揭開(kāi)了黑洞M87的神秘面紗。崔玉竹說(shuō)，M87星系是一個(gè)距離地球5500萬(wàn)光年的近鄰星系，它的中心有一個(gè)質(zhì)量比太陽(yáng)大65億倍的黑洞，黑洞大而且離地球較近，M87星系因此成為科學(xué)家研究黑洞的最佳目標(biāo)源。

通過(guò)分析2000年至2022年期間的觀測(cè)數(shù)據(jù)，崔玉竹發(fā)現(xiàn)M87星系中心黑洞噴流呈現(xiàn)周期性擺動(dòng)，擺動(dòng)周期約為11年，擺動(dòng)張角約為10度。進(jìn)一步研究表明，這種擺動(dòng)是由黑洞周?chē)嬖谝欢ń莿?dòng)量的物質(zhì)所引起的，這些物質(zhì)圍繞黑洞旋轉(zhuǎn)并形成一個(gè)吸積盤(pán)。這項(xiàng)研究成果發(fā)表在了Nature雜志，由來(lái)自中國(guó)、日本、韓國(guó)等10個(gè)國(guó)家45個(gè)機(jī)構(gòu)的科研人員共同完成，崔玉竹主導(dǎo)這個(gè)項(xiàng)目，也正是論文的第一作者兼通訊作者。

崔玉竹打了一個(gè)形象的比喻：“想象一下，M87黑洞的吸積盤(pán)和噴流就像是一個(gè)巨大的旋轉(zhuǎn)陀螺。吸積盤(pán)就像陀螺本體，而長(zhǎng)達(dá)5000光年的噴流則是陀螺的旋轉(zhuǎn)軸。不同之處在于，陀螺的運(yùn)動(dòng)支點(diǎn)在其下方，而吸積盤(pán)的運(yùn)動(dòng)中心則是黑洞�！彼嬖V大家，這一研究成果符合愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的相關(guān)預(yù)測(cè)，“一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的大質(zhì)量物體，會(huì)帶動(dòng)周邊時(shí)空一起轉(zhuǎn)動(dòng)。這就是愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論中的拖曳效應(yīng)”。

通過(guò)黑洞可以實(shí)現(xiàn)星際穿越嗎？

黑洞的更多秘密有待不斷探索

活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)，崔玉竹跟大家進(jìn)行了互動(dòng)，一個(gè)個(gè)關(guān)于宇宙的問(wèn)題拋出。崔玉竹笑著鼓勵(lì)大家：“我們今天的活動(dòng)答對(duì)答錯(cuò)并不重要，只要參與回答和提問(wèn)，都有獎(jiǎng)品�！倍�(jiǎng)品正是這項(xiàng)科技成果漫畫(huà)表達(dá)制作的周邊徽章。

有人問(wèn)：“電影《星際穿越》里的黑洞展現(xiàn)是否是真實(shí)的黑洞形象？”崔玉竹告訴大家，這部電影的設(shè)定是基于真實(shí)的物理學(xué)理論。然而，黑洞里究竟有什么？這個(gè)問(wèn)題至今仍回答不了，畢竟連光也沒(méi)法從黑洞里逃出來(lái)。

還有小朋友好奇地問(wèn)：“除了黑洞，還有白洞嗎？”崔玉竹向大家解釋?zhuān)趷?ài)因斯坦的“解”里確實(shí)存在白洞，它是一種性質(zhì)正好與黑洞相反的特殊天體。然而，目前白洞只是一種理論模型，還沒(méi)有被任何觀測(cè)所證實(shí)。

除了小朋友，家長(zhǎng)也有不少好奇。有家長(zhǎng)問(wèn)：“黑洞的研究未來(lái)是否能應(yīng)用到我們的生活中？”崔玉竹說(shuō)，黑洞作為一個(gè)極端的天體可能儲(chǔ)存著巨大的能量。如果我們能開(kāi)發(fā)出利用黑洞能量的方法，這將為人類(lèi)提供一種幾乎無(wú)盡的清潔能源。甚至，那些科幻電影里的情節(jié)在未來(lái)也有可能成為現(xiàn)實(shí)，我們真的有可能利用黑洞作為空間跳躍點(diǎn)或時(shí)空隧道實(shí)現(xiàn)星際航行。

正如崔玉竹在PPT最后打出的字幕——“你們是未來(lái)！”證明黑洞存在自旋，這僅僅是人類(lèi)共同利用大科學(xué)裝置對(duì)M87星系中央超大質(zhì)量黑洞的觀測(cè)的“小小發(fā)現(xiàn)”。更多關(guān)于黑洞的預(yù)測(cè)和假想，還需要科學(xué)家去觀測(cè)和求證。

發(fā)布結(jié)束后，大家參觀了之江實(shí)驗(yàn)室的展廳，更深入地了解了這個(gè)以智能計(jì)算為核心的新型研發(fā)機(jī)構(gòu)。近年來(lái)，中國(guó)射電天文學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展迅速，而之江實(shí)驗(yàn)室正在將人工智能、智能計(jì)算等技術(shù)引入到天文領(lǐng)域。

活動(dòng)的尾聲，孩子們興奮地?cái)?shù)著這次活動(dòng)獲得的徽章數(shù)量�；照伦疃嗟暮⒆�，獲得這次活動(dòng)的大獎(jiǎng)——一本《NASA深空探索》科學(xué)書(shū)籍，而他的愿望正是成為一個(gè)天文學(xué)家。

ABOUT.科技成果科普發(fā)布

作為全國(guó)樣本、浙江創(chuàng)新，由浙江省科協(xié)和都市快報(bào)聯(lián)手打造的“科技成果科普發(fā)布”已經(jīng)舉辦了五年，持續(xù)關(guān)注前沿科技，打造了“國(guó)家級(jí)—省級(jí)—市級(jí)—（區(qū)）縣級(jí)”四級(jí)聯(lián)動(dòng)、協(xié)同發(fā)展、社會(huì)科普資源互通共享的新局面。每期活動(dòng)都會(huì)請(qǐng)到深耕一線的科學(xué)家來(lái)講述最前沿的科技成果和成果背后的科學(xué)故事。

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