黑洞团队成员吴庆文教授：今晚公布的黑洞图片是直接观...

黑洞团队成员吴庆文教授：今晚公布的黑洞图片是直接观测到的图像  长江日报 2019-04-10 12:34:16
长江日报融媒体4月10日讯（记者杨佳峰 通讯员王潇潇）“这次是直接观测图像，类似超级相机拍摄，回来洗照片。”10日上午，参与观测超级黑洞的团队成员之一的华中科技大学物理学院教授吴庆文接受长江日报专访时表示，这次观测超级黑洞，不是模拟更不是想象，而是真实的图片。
吴庆文教授说，黑洞就是一台超级发动机，不仅吞噬物质还向宇宙空间以接近光速抛射物质，他们课题组前期一直在进行研究。“这次工作主要分为观测、数据处理、理论分析等。全球有200人参与，中国团队十余个成员，参与了上述不同方向。 我主要参与了一些理论分析。”
黑洞模拟图 吴庆文供图
为何能拍摄到黑洞图片
为何能观测到黑洞的图像？吴庆文教授解释，黑洞就是一个时空漩涡，是弯曲的空间和弯曲的时间构成的，别无其他（看似古怪、高深、晦涩难懂的事实）。黑洞存在一个视界，视界内部时空高度扭曲，连光都无法逃脱，一切物质掉入视界范围，它就会消失得无影无踪，奔向奇点，因此像一个无底洞，即我们说的“黑洞”。花花世界、爱恨情仇、金银财宝进入黑洞就只剩下质量、自旋和电荷三种信息（所谓‘三毛’定理）。虽然黑洞不发光，但其具有强大的引力，可以将周围的物质吸引过来，形成绕其转动的吸积盘，由于吸积盘不同半径处转动速度不同导致摩擦升温，把吸积物质的引力变成辐射，从而被我们观测到。
吴庆文教授透露，关于本次公布的这个黑洞照片，他和研究生冯建超博士过去几年进行了系列研究，对黑洞吞噬物质过程、黑洞自旋等重要信息做了较好限定，提出这次视界望远镜观测的黑洞图像应该是来自黑洞吞噬的物质，而非相对论性喷流。此外，还发现这个巨型黑洞很有可能是高速自转的。这次拍摄的黑洞照片，较好地支持了我们前面的研究结果。“我们还在天文方面国际顶级杂志上，对黑洞照片进行了理论计算。”
“真是拍照不易，洗照片更难。”吴庆文教授说，在观测成功以后，由于甚长基线干涉阵数据处理相对较为复杂，而且涉及站点很多，每晚的数据量达2PB（1PB=1000TB=1000000GB），这和欧洲大型对撞机一年产生的数据差不多。为了保证准确性，观测数据用三种完全独立的流程以及多个独立小组进行处理，以保证结果的准确性。全球望远镜组网观测这个黑洞，每年时间窗口只有10来天，2017年就是4月4日~15日左右，非常难得。这些望远镜，必须把数据寄到一个地方进行综合处理，然后才能分析。 而且处理过程非常复杂，要不同独立小组，结果几乎相同才会向外发布，因此非常耗时。
最早的黑洞图片是模拟图
“这是一个模拟图，但很像真的。 其中中心阴影就是黑洞的暗影，那个亮环就是黑洞周围等离子体发的光。”吴庆文教授说，“人类首张黑洞照片”是在2016年发现引力波之后人们寻找到了爱因斯坦广义相对论最后一块缺失的拼图。这次望远镜分辨率比著名的哈勃望远镜分辨率提高了2000倍以上，可以分辨40万公里以外月球上一个乒乓球大小。
中国第一颗X射线卫星-慧眼已经在天上搜寻黑洞等高能天体，和继任者-中科院启动了增强型X射线时变与偏振天文台也将于2025年左右发射，这个继任者很多性能都达到了国际领先，因此也将会将黑洞相关研究推向新的高潮。
中国天琴计划是未来20年搜索黑洞利器
“天琴计划将是未来20年左右搜索黑洞利器。”吴庆文教授介绍，天琴空间引力波探测器计划在2030-2035年间发射，在10万公里高度的地球轨道上部署三颗绕地球运转的卫星，组成臂长17万公里的等边三角形，组成空间引力波探测器。天琴引力波探测器将可以探测到宇宙诞生初期第一代恒星或气体云塌缩形成的双大黑洞合并产生的引力波，这将有利于我们理解宇宙早期种子黑洞 、黑洞的增长历史以及星系演化等重大天文与物理学问题。
天琴空间引力波探测器计划在2030-2035年间发射，在10万公里高度的地球轨道上部署三颗绕地球运转的卫星，组成臂长17万公里的等边三角形，组成空间引力波探测器。吴庆文供图
此外， 一个大黑洞俘获星系中心的一个致密天体（如恒星级黑洞、中子星、白矮星等）产生的引力波也在天琴等空间引力波探测范围内（所谓的‘极端质量比旋进系统’），如果大黑洞吞噬中子星或白矮星，如果这些小的致密天体被潮汐瓦解，我们将不仅能看到引力波信号，同时也可能看到电磁信号。因此，天琴等空间引力波计划必将成为下一个20年探测宇宙黑洞的利器，特别是将可能会搜寻到大量的中等质量黑洞，将会对绿化黑洞沙漠起到关键作用。同时还会在检验黑洞“无毛”定理和修改的引力理论、利用黑洞研究宇宙学等方面发挥极其重要的作用。
吴庆文 图片来自华科物理学院官网
对话吴庆文教授
记者：关于黑洞是天文观测还是数字模型？现有的图片是制作而成的吗？
吴庆文：这次是直接观测图像，类似超级相机拍摄，回来洗照片。
记者：如果是数据分析，我们怎么相信这些数据？
吴庆文：甚长基线干涉技术，在上世纪70年代获得了诺贝尔奖，是非常成熟的技术，中国的甚长基线观测网在我国探月工程中也广泛使用。这次数据处理是在毫米波段的望远镜阵列，数据处理比以前更为复杂，为了保证准确性，观测数据用三种完全独立的流程以及多个独立小组进行处理，直到大家结果相同，才会发布，因此时间有些长。
记者：黑洞是真实存在，还是一种科学结论？
吴庆文：黑洞的存在，科学家已经比较确信了，已经有非常多的间接观测证据，只不过这次是直接观测到了。现在基本认为每个星系中心都存在一个超大质量黑洞（百万-百亿太阳质量），每个星系中还存在数亿个恒星级黑洞（3-100太阳质量）。2016年引力波的发现，是恒星级黑洞存在的非常好的证据。这次又看到了宇宙中超大质量黑洞存在的证据，因此人们越来越不怀疑它的真实性了。
记者：为什么照片到今天才公布？
吴庆文： 如前所述，黑洞数据量太大，处理复杂，需要很多团队合作，相互独立确认结果的正确性，这也是国际惯例，任何科学结果，最好都通过多个不同小组独立处理，得到一样的结果，才认为是可信的。
记者：为什么需要那么多人、那么多国家参与？
吴庆文：视界望远镜，涉及全球近10架毫米波望远镜，属于不同国家和地区，要协同合作才能保证同时观测，因此需要多国众多研究所和科学家共同参与完成。
记者：华中科技大学在其中做了哪些工作？中国又有哪些贡献？
吴庆文： 中国科学团队主要包括中科院上海天文台、云南天文台、中科院高能所、北京大学、华中科技大学、南京大学、中国科学技术大学等10余位科学家参与，其中在观测、数据处理和理论分析等方面都有贡献。 华科团队参与了理论分析。
吴庆文简介：1978年出生，博士，教授，博士生导师。2012年获得华中科技大学－学术新人奖，2013年获得教育部－新世纪优秀人才计划，2016年获得中国自然科学基金委－优秀青年科学基金。目前是国际天文学联合会会员（IAU），中国天文学会理事、湖北省天文学会副理事长。
【编辑：付豪】

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