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上週二,事件視界望遠鏡(EHT)馬薩諸塞州劍橋市指揮中心的天氣糟透了:陰雨綿綿,氣溫 едва 40 華氏度。但這並不重要。重要的是夏威夷、亞利桑那州、西班牙、墨西哥中部、智利北部和南極的天氣狀況。所有這些地方的天氣是否同時晴朗?如果是這樣,他們就有機會拍攝黑洞。
為了這項實驗,來自世界各地的大約 50 位天文學家前往四大洲的高頻射電望遠鏡:智利的 ALMA 和 阿塔卡瑪探路者實驗;墨西哥的 大型毫米波望遠鏡;亞利桑那州的 亞毫米波望遠鏡;夏威夷的 亞毫米波陣列 和 詹姆斯·克拉克·麥克斯韋望遠鏡;西班牙皮科·維萊塔的 IRAM 30 米望遠鏡。在南極洲越冬的工作人員,EHT 天文學家幾個月前對他們進行了培訓,他們將操作 南極望遠鏡。天文學家將使用一種稱為甚長基線干涉測量法的技術,將這些地理位置遙遠的臺站聯合成一個 虛擬的地球尺寸望遠鏡,能夠拍攝到某些超大質量黑洞在周圍過熱物質的光芒中投下的“陰影”。一個主要目標是人馬座 A*,它是位於銀河系中心的 400 萬太陽質量的巨型天體。
當天早些時候,EHT 主任謝普·多勒曼與少數同事聚集在一起,在專案指揮中心(哈佛大學黑洞計劃的一個經過改造的教員辦公室)監督全球工作。實地天文學家透過電話、Slack 和 Webex 簽到。他們必須在當地時間下午 4 點之前做出是否繼續的決定。
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那天晚上——十個晚上視窗中的五個機會中的第一個——決定很簡單。
所有合適地點的天空都很晴朗。在某些地點,天氣簡直好得不能再好。彷彿宇宙已經決定時機已到,可以揭示這個特殊的秘密。謝普·多勒曼說:“在莫納克亞山,tau 值是 0.07,現在是下午。”“Tau”衡量介質的光學深度——在本例中是地球大氣層。介質的 tau 值越高,它對星光的不透明度就越高。“隨著夜幕降臨,tau 值只會下降。”“這種情況並不經常發生。”
麻省理工學院海斯塔克天文臺技術員傑森·蘇霍遠端監控部分站點的資料記錄儀,他說:“倒計時 20 秒,我們就要開始了。”
多勒曼轉向蘇霍。“從五開始倒數。”
“真的嗎?”
“當然,”多勒曼說。“我想聽到。”
“好吧,”蘇霍說。“五。四。三。二。一。好的,應該開始記錄了。”
就這樣,事件視界望遠鏡長期計劃的直接拍攝黑洞的行動開始了。
自 2006 年以來,該合作專案每年都會使用較小的望遠鏡組合進行觀測,但今年是他們首次擁有足夠多的參與臺站——從而擁有足夠強大的望遠鏡陣列——來看到實際影像。
我跟蹤 EHT 已經五年了,很少看到觀測活動進展順利。這周情況有所不同。當然,也出現了一些技術故障,但據我們所知,沒有發生災難性事件——沒有機械故障導致望遠鏡整夜無法工作,沒有故障電纜或磁碟驅動器無法捕獲資料。而且在天氣方面,他們只是幸運。
為了增加天文學家在所有站點都獲得好天氣的機會,參與望遠鏡在 10 天內為 EHT 分配了五個晚上的使用時間。每個站點的天氣都足夠好,EHT 在視窗期的前三個晚上連續進行了觀測。這種幸運在天文觀測中很少見。事實上,該團隊在這三天內觀測瞭如此長的時間,以至於到最後,工作人員的疲勞成為一個關鍵的限制因素。在休息了兩個晚上以恢復體力、排除一些技術問題並等待不太理想的天氣過去之後,該團隊又連續進行了兩個晚上的觀測,於今天早上(4 月 11 日星期二)結束了今年的活動——比原計劃提前了幾天。
甚長基線干涉測量的殘酷諷刺之處在於,天文學家要幾個月後才能知道他們的望遠鏡看到了什麼。首先,他們必須將所有望遠鏡的硬碟運回馬薩諸塞州的海斯塔克天文臺和德國波恩的馬克斯·普朗克射電天文研究所。這將需要一些時間;南極望遠鏡的硬碟被困在南極洲,直到 10 月份,屆時嚴酷的南極冬季結束,往返世界盡頭的例行航班才會恢復。
接下來,天文學家會將這些硬碟中的資料輸入超級計算機,將所有八臺望遠鏡收集的資料彙集成一個相關的集合。如果資料良好,這些共同的探測結果將不斷積累,直到影像開始出現。接下來,他們將不得不解釋這些影像。他們是否看到了他們期望看到的東西,還是他們不理解的東西?在檢查和複核他們的發現和解釋之後,他們將開始最後階段:撰寫論文並提交同行評審。
這個過程很容易需要一年時間。然而,結果可能會產生更長遠的影響。擁有一張漂亮的黑洞照片固然很酷,但細節很重要。陰影的形狀、大小、與周圍吸積盤的關係以及其他引數可能會揭示愛因斯坦廣義相對論的侷限性,揭示關於時空本質的深刻秘密,並有助於為長期尋求的量子引力理論指明方向。而且,無論事件視界望遠鏡的首次全陣列觀測進行得多麼順利,我們都不應期望宇宙輕易地放棄這些秘密。
