本文发表于《大众科学》的前博客网络,仅反映作者观点,不一定代表《大众科学》的观点
上周二,事件视界望远镜(EHT)马萨诸塞州剑桥市指挥中心的天气糟透了:阴雨绵绵,气温 едва 40 华氏度。但这并不重要。重要的是夏威夷、亚利桑那州、西班牙、墨西哥中部、智利北部和南极的天气状况。所有这些地方的天气是否同时晴朗?如果是这样,他们就有机会拍摄黑洞。
为了这项实验,来自世界各地的大约 50 位天文学家前往四大洲的高频射电望远镜:智利的 ALMA 和 阿塔卡玛探路者实验;墨西哥的 大型毫米波望远镜;亚利桑那州的 亚毫米波望远镜;夏威夷的 亚毫米波阵列 和 詹姆斯·克拉克·麦克斯韦望远镜;西班牙皮科·维莱塔的 IRAM 30 米望远镜。在南极洲越冬的工作人员,EHT 天文学家几个月前对他们进行了培训,他们将操作 南极望远镜。天文学家将使用一种称为甚长基线干涉测量法的技术,将这些地理位置遥远的台站联合成一个 虚拟的地球尺寸望远镜,能够拍摄到某些超大质量黑洞在周围过热物质的光芒中投下的“阴影”。一个主要目标是人马座 A*,它是位于银河系中心的 400 万太阳质量的巨型天体。
当天早些时候,EHT 主任谢普·多勒曼与少数同事聚集在一起,在项目指挥中心(哈佛大学黑洞计划的一个经过改造的教员办公室)监督全球工作。实地天文学家通过电话、Slack 和 Webex 签到。他们必须在当地时间下午 4 点之前做出是否继续的决定。
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那天晚上——十个晚上窗口中的五个机会中的第一个——决定很简单。
所有合适地点的天空都很晴朗。在某些地点,天气简直好得不能再好。仿佛宇宙已经决定时机已到,可以揭示这个特殊的秘密。谢普·多勒曼说:“在莫纳克亚山,tau 值是 0.07,现在是下午。”“Tau”衡量介质的光学深度——在本例中是地球大气层。介质的 tau 值越高,它对星光的不透明度就越高。“随着夜幕降临,tau 值只会下降。”“这种情况并不经常发生。”
麻省理工学院海斯塔克天文台技术员杰森·苏霍远程监控部分站点的数据记录仪,他说:“倒计时 20 秒,我们就要开始了。”
多勒曼转向苏霍。“从五开始倒数。”
“真的吗?”
“当然,”多勒曼说。“我想听到。”
“好吧,”苏霍说。“五。四。三。二。一。好的,应该开始记录了。”
就这样,事件视界望远镜长期计划的直接拍摄黑洞的行动开始了。
自 2006 年以来,该合作项目每年都会使用较小的望远镜组合进行观测,但今年是他们首次拥有足够多的参与台站——从而拥有足够强大的望远镜阵列——来看到实际图像。
我跟踪 EHT 已经五年了,很少看到观测活动进展顺利。这周情况有所不同。当然,也出现了一些技术故障,但据我们所知,没有发生灾难性事件——没有机械故障导致望远镜整夜无法工作,没有故障电缆或磁盘驱动器无法捕获数据。而且在天气方面,他们只是幸运。
为了增加天文学家在所有站点都获得好天气的机会,参与望远镜在 10 天内为 EHT 分配了五个晚上的使用时间。每个站点的天气都足够好,EHT 在窗口期的前三个晚上连续进行了观测。这种幸运在天文观测中很少见。事实上,该团队在这三天内观测了如此长的时间,以至于到最后,工作人员的疲劳成为一个关键的限制因素。在休息了两个晚上以恢复体力、排除一些技术问题并等待不太理想的天气过去之后,该团队又连续进行了两个晚上的观测,于今天早上(4 月 11 日星期二)结束了今年的活动——比原计划提前了几天。
甚长基线干涉测量的残酷讽刺之处在于,天文学家要几个月后才能知道他们的望远镜看到了什么。首先,他们必须将所有望远镜的硬盘运回马萨诸塞州的海斯塔克天文台和德国波恩的马克斯·普朗克射电天文研究所。这将需要一些时间;南极望远镜的硬盘被困在南极洲,直到 10 月份,届时严酷的南极冬季结束,往返世界尽头的例行航班才会恢复。
接下来,天文学家会将这些硬盘中的数据输入超级计算机,将所有八台望远镜收集的数据汇集成一个相关的集合。如果数据良好,这些共同的探测结果将不断积累,直到图像开始出现。接下来,他们将不得不解释这些图像。他们是否看到了他们期望看到的东西,还是他们不理解的东西?在检查和复核他们的发现和解释之后,他们将开始最后阶段:撰写论文并提交同行评审。
这个过程很容易需要一年时间。然而,结果可能会产生更长远的影响。拥有一张漂亮的黑洞照片固然很酷,但细节很重要。阴影的形状、大小、与周围吸积盘的关系以及其他参数可能会揭示爱因斯坦广义相对论的局限性,揭示关于时空本质的深刻秘密,并有助于为长期寻求的量子引力理论指明方向。而且,无论事件视界望远镜的首次全阵列观测进行得多么顺利,我们都不应期望宇宙轻易地放弃这些秘密。