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他们是黑洞猎手 怀揣光明凝视黑暗 | 中国式现代化奋进者

他们是黑洞猎手 怀揣光明凝视黑暗 | 中国式现代化奋进者飞入寻常百姓家
来源:新民晚报   作者:郜阳   2024-02-12 08:33:14

【团队小传】

中国科学院上海天文台20多年坚持致力于超大质量黑洞的高分辨率观测研究,形成了一支高水平科研团队。近年来,该团队牵头大陆学者参与事件视界望远镜(EHT)国际合作,共同于2019年在M87星系中心捕获人类首张黑洞照片、2022年获得银河系中心黑洞照片,前者获得2020年基础物理学科学突破奖。2023年,由该团队领衔的国际合作小组发布了M87黑洞的“全景照”。目前,团队正在为下一代黑洞成像积极推动建设我国亚毫米波望远镜。

图说:世界首张黑洞照片 来源/事件视界望远镜国际合作组织

想象一下,一间淋浴房,花洒打开,一只原地打转的活泼小狗,给它拍张照片,有多难?

巧了,给黑洞照张相,和这个场景异曲同工,但显然,要难上何止万千倍。

在外人看来,科研团队和浪漫挂上钩的,中国科学院上海天文台黑洞成像研究团队,能算一个。毕竟,为黑洞写真送上“甜甜圈”称呼的队伍,心里一定装着星辰大海。

时间过得挺快,距离人们看到第一幅黑洞照片,已经过去了五年。北京时间2019年4月10日晚9时,全球六地,包括上海,一场史无前例的、万众瞩目的发布会同时召开。漫长的等待后,长久以来在电脑上模拟得到的黑洞形象,第一次真实地呈现在人们眼前。

这张来自“事件视界望远镜”的照片里,距离我们5500万光年之外的M87中心黑洞,如同电影《指环王》中索伦的魔眼,在温暖而神秘的红色光环中间,是一片深黑的无底之洞。当然,人们更熟悉的比喻是,甜甜圈。

故事可以从2017年说起,那一年,横跨地球直径的8台望远镜强强联手,组成史诗般的“事件视界望远镜”,望向无尽苍穹;故事也可以从1915年说起,爱因斯坦用天才的物理直觉,提出广义相对论,从此,人类在心目中,将黑洞描绘了将近100年。

图说:沈志强介绍黑洞研究进展 新民晚报记者 郜阳 摄

“上海天文台牵头组织协调大陆学者参加‘事件视界望远镜’合作,参与这项国际大科学合作的16位中国大陆学者中,8位来自上海天文台。”中国科学院上海天文台台长沈志强研究员介绍。

上海天文台射电天文科学与技术研究室副研究员江悟,是其中一员,参与了夏威夷亚毫米波望远镜的观测工作。“那儿有两座火山,一座仍然活跃。”他回忆,“有时观测完凌晨返回基地,能见到火山口正喷发着火星。”他感叹,大自然的神奇与宇宙黑洞的神奇,在那一刻交织在一起,别提多浪漫!

图说:江悟作学术报告 采访对象供图

观测已然不易,“冲洗”更为艰难。“冲洗”之难,难于数据庞大,需要足足两年的时间。大费周章得到的观测结果,显然不只是一张照片这么简单,它一方面呼应着爱因斯坦的广义相对论,另一方面也帮助科学家回答着星系中的壮观喷流是如何产生并影响星系变化的。

发布会那天,对上海天文台黑洞成像研究团队来说,“轻舟已过万重山”的感受,是如此的真切。

图说:银河系中心黑洞照片 来源/事件视界望远镜国际合作组织

距离第一幅黑洞照片过去三年后,来自2.7万光年之外的银河系中心黑洞,也露出了真容——延续了M87星系黑洞的“甜甜圈”外观,但更加蓬松迷你。“近水楼台先得月”的故事,没有发生在银河系中心黑洞身上,反而诠释了“不识庐山真面目,只缘身在此山中”。“这张照片提供了银河系中心黑洞真实存在的视觉证据,而银心黑洞的‘善变’,也给校准和成像工作不断带来困难和挑战。”沈志强说。

图说:路如森介绍黑洞研究成果 郜阳 摄

对了,其实M87中心黑洞还曾“翻新”过——环上有条纹,是光线强偏振的证明。中国科学院上海天文台研究员路如森是这项工作的主要参与者之一,这位2018年携全家放弃国外永居回国的科学家解释,虽然从感官上,两张M87黑洞写真相差无几,但从科学的角度审视,新的照片为人类提供了一个认识黑洞的全新视角,“偏振图像是理解磁场如何让黑洞‘吞噬’物质,并发出能量巨大的喷流的关键。”

上海天文台黑洞成像研究团队也会感慨,原以为“天上的事儿”挺纯粹,只有人才会有如此多的烦恼。可研究了黑洞才发现,并非如此。天体和人类一样,经历着许许多多的事和环境的变化。大家发现,嘿,烦恼原来是普世的!

有时候,沈志强也会感叹,人类伟大而渺小——努力看清5500万光年外的宇宙,却也是漫漫宇宙长河中微不足道的一颗沙砾。

上海天文台高分辨射电天体物理课题组的赵杉杉,是一位年轻博士。原本从事理论研究的她,在“前辈”们的感召下也积极投入观测和望远镜技术的新领域。“你不做,就没有人做了”,这是沈志强台长经常对年轻人说的,也是青年研究员们正在做的。

图说:赵杉杉在2023年东亚VLBI研讨会上主持讨论 采访对象供图

一生择一事的坚守,亦是上海天文台黑洞成像研究团队的浪漫。“事件视界望远镜(EHT)在首张黑洞照片后,就提出了下一代EHT计划,我们也积极参与其中,期待在国际天文舞台发出更响亮的‘中国声音’。”沈志强表示。我国西部地区晴朗干燥,具备优良的观测条件,上海天文台也积极布局亚毫米波望远镜,以期用“大设备”产出“大成果”:能为黑洞“拍电影”。

人类和黑洞一样,都是茫茫宇宙的一部分,同享或长或短的时光。赵杉杉认真地说,求索真理的过程是漫长的,有时也是痛苦的,但科学回馈的价值却是永恒的,珍贵的,就如黑洞照片那般。

新民晚报记者 郜阳

编辑:陆佳慧
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