黑洞的第一枪可以将相对论和量子物理学结合在一起

在星期三晚上,来自四大洲8个天文台的120位天文学家首次尝试拍摄黑洞。 枪击事件始于4月5日,并将持续到今年4月14日。 观察的对象是两个超大质量黑洞的附近,一个在我们银河系的中心,另一个在邻近的梅西尔星系87中。第一个靠近,但直径很小,第二个距离很远,但是很大。 谁的检查更好-目前是问题。 最接近我们的射手座A *射手座A * )位于我们银河系的中心,距离26000光年。 远远超过我们的照明设备质量的60亿倍,因此周围事件的范围更大。 射手座A *重1.5千倍,适合的空间小于水星轨道内部的体积。



阿默斯特马萨诸塞州大学天文学教授Gopal Narayanan解释了观测的重要性:“爱因斯坦的相对论是基于量子力学和广义相对论可以结合的思想,即基本概念有一个伟大而统一的理论。 黑洞的事件视界正是最好地研究这种可能的关联的地方。“只有在2018年,当计算机将处理接收到的数据时,我们才知道结果。在帖子的末尾有一个建议的图像,我们应该看看爱因斯坦的理论是否正确。

为了从不同的射电望远镜观察事件视界,检查天空的每个部分,天文学家创建了一个虚拟的射电望远镜,其大小相当于地球。 正在拍摄6个属地的8个天文台。

该项目涉及麻省理工学院天文台(一个领先的组织),哈佛大学-史密森天体物理中心,联合观测台ALMA(智利),国家射电天文台(NRAO)和射电天文研究所。 马克斯·普朗克(德国),康塞普西翁大学(智利),台湾中央科学研究院天文学与天体物理研究所(台湾),日本国家天文台(NAOJ)和Onsala天文台(瑞典)。 射电望远镜的组合对于观察宇宙中快速移动的过程非常重要,例如,其中包括超新星爆炸和宇宙辐射通量,以及对小距离宇宙物体(如黑洞人马座A *)的详细研究。 即使观察最大的物体,最强大的光学望远镜的功能也受到限制,并且黑洞非常紧凑。

通过将位于全球不同地区的射电望远镜的力量结合在一起,天文学家将有机会观看远距离的太空物体,其清晰度是人类视觉清晰度的200万倍。 如果一个人有这种视力,他会看到葡萄柚或CD躺在月球上。

在过去的20年中,超长基线干涉测量(VLBI)技术发展推动了这种称为“ 事件地平线望远镜 ”的“虚拟”望远镜的发射。 世界上最大的毫米波射电望远镜,位于智利Chachnantor高原的Atacama大毫米波/亚毫米波阵列(ALMA)天文台,也使用相同的模型。 在4月5日至14日的EHT项目中,VLBI技术将与之连接的所有望远镜变成了我们星球大小的巨大望远镜。 智利,西班牙,加利福尼亚,亚利桑那州,夏威夷群岛和地球南极的世界上最敏感的无线电天文台的力量结合在一起。 其中最大的天线-前面提到的ALMA-由54个直径为12米的抛物面天线和12个直径为7米的平板组成。

在该实验中可以探索的另一个有趣的想法是所谓的“信息悖论”。 这种现象是史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)的预测,即坠入黑洞的物质不会在已知宇宙之外丢失,而是必须以某种方式回流。 在这里看看它是如何流动的以及天文学家想要的。 通过霍金辐射离开黑洞的能量或信息是量子效应。 科学家经常看到大型等离子流从假设或存在黑洞的星系中心流出。 如果黑洞与这些喷流(或其他信息和能量泄漏)之间存在联系,那么就严格意义上说,我们宇宙中的坍塌物体就不会形成真实的事件视界。



爱因斯坦说得对吗


您看不到黑洞本身,但是有可能掉入黑洞。 尘埃,气体和附近的恒星在黑洞或所谓的吸积盘周围形成一个高能区域,物质在其中被压缩和扭曲,就像在漏斗中一样,并被加热。 由于具有高能量,该物质在“事件视界”(边界)之后开始明亮地发光,在此边界之后,黑洞不会从其自身释放任何辐射和信息。 因此,我们看到物质的图像被黑洞“吞噬”,黑洞有一定的阴影。

现代标准宇宙学模型ΛCDM(Lambda-CiDiEM)假设相对论是宇宙尺度上的正确引力理论,并且我们在宇宙中的位置没有特别区分,也就是说,在足够大的范围内,宇宙在各个方向上都是相同的(各向同性)并从每个地方(均匀性)。 这也可以得到确认或反对。

黑洞结合了我们时代的两种基本物理理论所描述的性质-广义相对论(大结构理论)和量子力学(小距离理论)。 黑洞的巨大质量要求使用广义相对论来描述由黑洞引起的时空弯曲。 但是黑洞的小尺寸和内部过程需要使用量子力学。 到目前为止,尚不可能将这两种理论结合起来。 理论的结合导致了不自然的方程式-例如,随之而来的是黑洞的无限密度。 2015年早些时候,事件地平线望远镜(EHT)已经测量了该黑洞附近的磁场,但其结构极为不同-磁盘某些区域的磁场强度每15分钟改变一次,并且其配置在不同角度上也有很大不同。

根据阿尔伯特·爱因斯坦对广义相对论的一些计算,在图片中,我们可以看到完全黑色的“液滴”周围的光的“新月形”。 物质在穿过黑洞的事件视界边界的那一刻之前就发出了该光。 在射手座A *的事件视野中,科学家期望看到许多爆发。 这些点闪烁是每天一次在那里定期高频率生成的。 根据过去的观察,一些天文台观测到了与爆发相似的事件-减轻了人马座A *的辐射。 作为当前研究的结果,天文学家将能够追踪其起源并观察其还原过程。

随着事件的成功发展,热点将成为这一强大引力区域临时空间结构的标志。 滑铁卢大学物理与天文学助理教授艾弗里·布罗德里克(Avery Broderick)在早先的EHT演讲中说:“这为进行临时空间层析成像的可能性打开了大门-这些斑点在各个观察领域中移动,它们出现。” 他回忆说:“在宇宙中,只有两个地方可以研究大型,超大型和紧凑物体周围的强引力。”
如果我们看到的东西与我们期望的根本不同,物理学家将不得不重新考虑例如重力理论。

我们可以看到的黑洞的第一张照片不会早于2018年。 同时,看看我们在这些图片中可以大致看到的内容,这些图片是计算机模拟的结果。



使用事件视线望远镜的测量结果组合数据并创建整体图片是一项不正确的任务,因为每个结果都包含无限数量的可能图像,这些图像解释了获得的数据。 天文学家的任务是找到一个解释,这些解释考虑到这些初步假设,同时满足观测数据。 望远镜的角分辨率是获得足够数据量所必需的,它需要克服许多问题,并使图像的清晰重建变得复杂。 例如,在观察到的波长下,大气中快速变化的不均匀性会引入测量误差。 一直在寻找能够在精细角度分辨率模式下还原图像的可靠算法。

到目前为止,由麻省理工学院的一组科学家开发的CHIRP算法(使用Patch先验的连续高分辨率图像重建)完成了将接收到的数据进行清理,解释并将其转换为单个高分辨率图像的任务。 但是,如果您精通物理学和数学,那么CHIRP的作者便在MIT网站上为此类学者发布了简单的在线工具,借助这些工具,任何具有编程技能的人都可以创建和测试自己的算法版本,以处理Event Horizo​​n望远镜的数据。 突然,您可以从一个完全非常规的角度看到问题,并提供了解决该问题的独特方法。 我真的没有找到有关奖励的信息。 但是也许我看上去很糟。

在一组工具中:

  • 综合培训数据集
  • 实数据维度集
  • 用于测试图像恢复算法的标准化数据集
  • 对模拟测试数据的算法效率进行交互式定量估计
  • 实数据重建过程中算法性能的定性比较
  • 在线表格架使用专有的图像参数和望远镜对真实数据进行建模

Geektimes已经在去年写过有关望远镜EHT的准备工作

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN402975/


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