世界太吵,来原声听播客

The Joy of Why

银河系自己的黑洞太活跃,第一张黑洞照片拍的是更远的M87

银河系中心黑洞质量小、物质绕转周期只有半小时,一夜之内形貌就会变;M87黑洞重达60亿太阳质量,同一夜观测里几乎静止,反而更容易成像。

黑洞天文观测射电干涉测量广义相对论大科学工程科学传播

原视频在 YouTube 上放不出来,用音频听:

项目创始主任亲述二十年造「地球望远镜」拍黑洞的全过程,怎么借台、怎么防团队自我欺骗,细节扎实不灌水。

核心论点 · 点时间戳可跳到原声

3:09

黑洞不是旁观者,是星系的塑造者

黑洞一度被当作宇宙里孤立的边缘奇观:确认存在之后,人们曾觉得它们只是「宇宙里也有这么个东西」,并不起眼。但主持人指出事实相反——黑洞对星系的形状、大小乃至宜居区域的分布都有调控作用,而且几乎可以肯定,长期来看物质最终都会被卷入黑洞,它们不仅塑造了星系的过去,也决定着未来的走向。

— Jana Levin
12:18

黑洞太小,必须把地球变成镜片

望远镜的角分辨率等于观测波长除以镜面口径,口径做不大就只能把波长压得更短。黑洞是爱因斯坦引力理论预言的最小天体,团队因此被迫把观测频率推到当时从未用过的230千兆赫兹,同时把「镜面」做成地球那么大——两件事同时逼近极限,这正是项目耗费二十年才突破的根本原因。

— Shep Doleman
22:49

没造新设备,是借遍全球天文台

事件视界望远镜没有建一台全新设备,而是说服南极、智利(两处)、墨西哥、夏威夷(两处)、亚利桑那(两处)、西班牙、法国的已有射电天文台,临时加装自家记录仪器,用这些台原本不是为此设计的方式操作,录完数据就带着硬盘离开,几个月后才告诉对方结果。靠连续几年拿出阶段性成果,才慢慢说服各台把钥匙交出来。

— Shep Doleman
26:52

质量与距离的巧合让两个黑洞一样大

银河系中心黑洞质量约为太阳的400万倍,距地球2.7万光年,视界角直径只有约50微角秒,相当于站在纽约能看清远在洛杉矶朋友手里一枚硬币上的年份。M87黑洞质量达太阳的60亿倍,但距离也是银河系黑洞的约2000倍,两个因素正好抵消,使它呈现出几乎相同的视角大小,这才让同一台「地球望远镜」能把两者都分辨出来。

— Shep Doleman
28:58

越重的黑洞,反而越好拍

发布会公布的第一张黑洞照片不是银河系自己的人马座A*,而是5500万光年外的M87,这让在场记者都没想到。原因在于人马座A*只有400万倍太阳质量,物质绕它公转一圈只要半小时左右,一整夜观测期间它的样子本身就在变化;M87重达60亿倍太阳质量,同样的物理过程被拉长,一夜之间它几乎是静止的,因而更容易拼出清晰图像。

— Shep Doleman
38:19

四组人互不通气,才敢说那个环是真的

团队担心大家都盯着同一张图、互相说服自己看见了环,于是把数据分给四个互不通气的独立小组,各用不同算法成像。2018年7月,四组人同时在哈佛黑洞研究所地下室亮出结果——全是环。随后又花六个月,故意只用非环状结构训练算法,结果算法重建出的还是环,这才让团队确信这个环确实是真实信号,不是算法或人的偏见造出来的。

— Shep Doleman
44:44

下一步:把黑洞照片拍成电影

下一代项目的目标是把黑洞从静态照片变成动态电影,关键是在智利、墨西哥、怀俄明、加那利群岛之外,再加上坦桑尼亚乞力马扎罗山上的台站——望远镜数量每增加一个,连接数按平方增长,成图速度会大幅提升。加那利群岛台站的资金已经到位,团队也两次登顶乞力马扎罗选址,但明确表态:只要当地社区有一处不同意,答案就是不建,这是硬性前提,预计本世纪三十年代初才能真正拍出电影。

— Shep Doleman
50:00

下一个目标:排除「不是黑洞」的可能

黑洞电影的价值不止好看:追踪偏振光可以看到环绕黑洞的磁场形态,从而检验黑洞如何甩出那些高速喷流。更关键的是,团队已经开始把事件视界望远镜的观测和红外观测结合起来,给「黑洞冒充者」——那些表面比事件视界略大、理论上会在红外发光的致密天体——设定排除上限,逐步把广义相对论之外的替代解释排除出去。

— Shep Doleman

原话 · 已逐字校验

black holes are remarkably elegant, clean, simple systems.

黑洞其实是非常优雅、干净、简单的系统。

Shep Doleman1:05

that they're the darkest phenomenon in the universe. They figure out a way to become the brightest beacons that we see on the edge of what's observable.

它们是宇宙中最黑暗的现象,却想方设法变成了我们在可观测边界上看到的最明亮的灯塔。

Jana Levin2:07

So we split our teams up into four groups. Each group had the data, but they could not talk to each other.

所以我们把团队分成四组,每组都有数据,但彼此不能交流。

Shep Doleman38:19

And the four teams put up their images, and they were all rings. That was a moment where there was a lot of crying and screaming.

四个团队把各自的图像放出来,全都是环。那一刻有很多人又哭又叫。

Shep Doleman39:20

I live for putting steel on mountaintops.

我活着就是为了在山顶上立钢铁结构。

Shep Doleman45:51

no is an acceptable answer, full stop.

「不」是一个可以接受的答案,没有商量余地。

Shep Doleman46:52

If it's spinning maximally, the fastest it can ever spin, you see the same ring, but it's just about 4% smaller.

如果黑洞以能达到的最快速度自转,看到的环还是一样的环,只是小了大约4%。

Shep Doleman47:55

the ability to coax this image from the black hole when it does everything in its nature not to be seen is really special

黑洞的本性就是不想被看见,而能从它身上哄出这张图像,这种能力真的很特别。

Shep Doleman54:08

数字与实体

EHT正式成立为机构2016年20:39
人马座A*质量约为太阳的400万倍26:52
人马座A*事件视界角直径约50微角秒26:52
M87黑洞质量约为太阳的60亿倍27:57
M87距地球5500万光年27:57
团队规模250人36:11
人马座A*物质绕转周期不自转时约半小时,极速自转时约4分钟48:56

术语

VLBI (Very Long Baseline Interferometry)甚长基线干涉测量
用原子钟同步全球多台射电望远镜的信号并合成,等效造出一台地球大小的望远镜。
event horizon事件视界
黑洞周围光都无法逃逸的边界,是人类能够观测到的黑洞轮廓。
black hole mimicker黑洞冒充者
比事件视界略大、有固态表面但引力表现酷似黑洞的假想致密天体。
frame dragging参考系拖拽
自转黑洞拖拽周围时空一起旋转的广义相对论效应,用于测量黑洞自转。

收听指南

谁该听

对黑洞成像、大型国际科研协作感兴趣的天文爱好者、科研管理者,以及想了解下一代「黑洞电影」项目进展的人。

可跳过

开头1分钟是另一档播客的广告片段,可以跳过。