4月26日晚,人类史上首张黑洞“全景”照惊艳亮相(见下图)。这是中国科学院上海天文台研究员路如森领衔的国际团队,首次为黑洞和喷流“合影”。
这一新发现有何意义?关于黑洞还有哪些未解的重大难题?解放日报·上观新闻记者对话美国艺术与科学院院士、北京大学科维理天文与天体物理研究所所长何子山教授,他的微信名是“blackhole”(黑洞)。
【这是一个非常大的突破】
解放日报·上观新闻:您如何评价这一新发现?
何子山:主要有三方面的意义,都是关于天文学最古老、最前沿的问题,也是一直未解决的大问题。
第一,关于大质量黑洞的存在。之前已经有很多其他工作找到一些证据,包括早期用哈勃望远镜来探测,也就是我本人的工作。但这个黑暗的天体到底是什么,还没有最后的结论。
2019年事件视界望远镜公布的首张黑洞照片,是一个重大突破。今天此次的新发现,则是用独立的方法,在不同的频率,做出了进一步的证认,提供了一个很好的证据。我觉得这是最重要的意义所在。
第二,首张黑洞照片的“甜甜圈”只能看到那个环,但不知道它的来源是什么。这次最新的工作,不管是分辨率还是灵敏度都足够高,可以看到更多细节。这样,我们就看到了喷流。
喷流,也是天文学家追逐了上百年的一个奥秘,不知道黑洞为何会产生这样的喷流。早在1918年,美国的科学家首次用光学望远镜观测到了M87黑洞的喷流,中间有一个非常奇怪的、直直的东西,很多人为此提出过模型和理论。二战时,射电天文开始发展,发现喷流也有射电辐射,但分辨率都特别粗糙,没法知道喷流的源头是什么,也不知道喷流与黑洞、吸积盘有什么关系。
这次拍摄的最新照片,就看得非常清楚,那个喷流就来自M87黑洞的吸积盘。这是一个非常大的突破。
第三个意义在于,除了喷流,也明确了吸积盘的存在。物质掉进黑洞的过程,理论上是一个“吸积”的过程,但这个现象一直以来都难以看到。因为吸积盘的尺度特别小,非常难看到吸积盘的结构。之前,人们都是靠理论计算,或者科学家的想象力,来推测吸积盘的结构。
解放日报·上观新闻:当物质掉进黑洞,是掉在吸积盘上吗?
何子山:先落到吸积盘,然后慢慢地被它卷进去。你可以把它想象成一个洗脸盆,中心有一个漩涡。
解放日报·上观新闻:这次的工作可以让我们清晰地看到吸积盘吗?
何子山:是一个初步的工作,但非常重要。此外还有些细节,暗示吸积盘可能有“风”的成分,这也是一个特别出色的工作。
【这是天文学家一直都特别关心的一个问题】
解放日报·上观新闻:关于黑洞还有哪些未解的重大问题呢?
何子山:黑洞和它所处的星系有什么关系,双方是怎么共同演化的?这是天文学家一直都特别关心的一个问题。
解放日报·上观新闻:一个大的星系中心往往只有一个黑洞吗?
何子山:正常情况下是一个黑洞,但也有人认为可以有双黑洞,甚至有三个黑洞。因为星系之间也会碰撞和合并,在合并的时候,星系中心的黑洞也会合并。如果还没有完全交融在一起,就有两个黑洞。特别是像M87黑洞这种大质量黑洞,很有可能是在宇宙早期通过好几轮的合并组成的。
第二个重大问题是,大质量黑洞是怎么长成这么大的。M87黑洞大约是太阳质量的65亿倍,它一诞生的时候肯定没那么大。要去探究M87黑洞年轻活跃的时候,这就涉及到类星体。
解放日报·上观新闻:是要去寻找和年轻的M87黑洞差不多的类星体,来推演吗?
何子山:是的。国内外很多同行,包括我本人,就正在研究这些问题。
第三个非常重要的问题,是关于黑洞的合并。因为黑洞的合并,会产生引力波。目前的引力波是来自小质量的、恒星级的黑洞合并,到目前为止还没看到大质量黑洞的合并。
有科学家预测,大质量黑洞合并过程产生的引力波频率不一样,可能是一个低频率。中国在这方面会有一个很好的探测前景。
【“中国天眼”能不能有突破,这将会是轰动世界的发现】
解放日报·上观新闻:为什么中国会有很好的探测前景?
何子山:因为这个信号正好在“中国天眼”(500米口径球面射电望远镜,FAST)的探测范围,很可能可以被探测到。所以我们也特别期待未来几年,我们能不能在这方面有一些突破,这将会是轰动世界的发现。
解放日报·上观新闻:您本人去“中国天眼”工作过吗?
何子山:我去过的。
解放日报·上观新闻:您用下来感觉怎么样?
何子山:令人特别骄傲。这是一个堪称伟大的大科学装置,未来一定会产生重大的科学发现。
文中图片由上海天文台提供