인류 최초의 블랙홀 사진에는 어떤 의미가 있나요?

첫 번째 사진...

국립천문대 연구원 고우 리쥔 @Flyingspace:

이 직접 촬영은 우리가 천체의 존재를 직접적으로 확인하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 블랙홀뿐만 아니라 아인슈타인의 일반 상대성 이론도 시뮬레이션된 관측 데이터를 통해 검증되었습니다. 지평선 망원경의 작업 과정과 그에 따른 데이터 분석 과정에서 과학자들은 관측된 블랙홀의 그림자가 상대성 이론에서 예측한 것과 거의 똑같다는 사실을 발견했고, 이로 인해 사람들은 다시 한 번 아인슈타인의 위대함에 경탄하게 되었습니다.

아인슈타인

또 다른 중요한 의미는 과학자들이 블랙홀 그림자의 크기를 통해 중앙 블랙홀의 질량을 제한할 수 있다는 것입니다. 이번에는 M87 중심 블랙홀의 질량을 독립적으로 측정했습니다. 이전에는 블랙홀의 질량을 정확하게 측정하는 방법이 매우 복잡했습니다.

관측 해상도, 민감도 등의 요인으로 인해 현재 블랙홀에 대한 상세한 분석은 아직 완료되지 않았습니다. 앞으로 더 많은 망원경이 추가됨에 따라 블랙홀 주변의 더 많은 세부 사항을 볼 수 있어 블랙홀 주변의 가스 이동에 대한 더 깊은 이해를 얻고 제트의 생성 및 클러스터링 메커니즘을 구별하고 이해를 향상시킬 수 있을 것으로 기대합니다. 그리고 은하 진화에 대한 이해

Zuo Wenwen(상하이 천문대):

2019년에 가장 가치 있고 기대되는 사진을 선택하려면 아래 사진이어야 합니다. 이것은 5500만 광년 떨어진 거대 은하 M87의 중심에 있는 초거대 블랙홀의 블랙홀 그림자 사진으로, 인류가 촬영한 최초의 블랙홀 사진이기도 하다. 이는 블랙홀의 존재에 대한 직접적인 '시각적' 증거이며, 강한 중력장의 관점에서 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 검증하는 것입니다.

그림 1: M87 은하 중심의 초대질량 블랙홀(M87*) 이미지 위 이미지는 2017년 4월 11일 이미지이다. 이미지 중앙의 희미한 부분은 "블랙홀 그림자"와 주변 고리 비대칭 구조는 강한 중력 렌즈 효과와 상대론적 빔 효과로 인해 발생합니다. 이미지는 블랙홀의 회전 효과로 인해 위쪽(북쪽)과 아래쪽(남쪽) 사이의 비대칭을 보여줍니다.

해당 사진은 2017년 4월 촬영돼 2년 뒤 '현상'됐다. 2019년 4월 10일 블랙홀사건수평망원경(EHT) 협력기관의 주관으로 전 세계 6곳에서 공동발표가 진행됐다.

블랙홀 사진을 찍는 것은 세 가지 과학적 의미를 갖습니다.

1. 블랙홀의 그림자를 이미징하는 것은 블랙홀의 존재에 대한 직접적인 "시각적" 증거를 제공합니다. 블랙홀은 강한 중력을 가지고 있습니다. 블랙홀 사진을 찍는 주요 목적은 강한 중력장 하에서 일반 상대성 이론을 검증하고 관측 결과가 이론적 예측과 일치하는지 확인하는 것입니다.

2. 블랙홀이 음식을 "먹는" 방식을 이해하는 데 도움이 됩니다. 블랙홀의 "그림자" 영역은 블랙홀이 물질을 삼키면서 형성된 강착원반의 가장 안쪽 영역에 매우 가깝습니다. 이전 관찰에서 얻은 부착 디스크를 사용하면 이 물리적 프로세스를 더 잘 재구성할 수 있습니다.

3. 블랙홀 제트의 생성과 방향을 이해하는 데 도움이 됩니다. 블랙홀을 향해 떨어지는 물질 중 일부는 자기장의 영향으로 블랙홀의 회전 방향을 따라 분출된 후 삼켜지게 됩니다. 과거에 수집된 정보의 대부분은 더 큰 규모였으며 과학자들은 제트기의 근원지 근처에서 무슨 일이 일어나고 있는지 알 수 없었습니다. 이제 블랙홀의 그림자를 촬영할 수 있다면 천문학자들을 도울 수 있습니다.

그림 2: 허블 우주 망원경으로 촬영한 M87, 이미지 저작권: NASA

블랙홀 사진은 다음과 같아야 합니다: 원형 그림자 + ​​후광

하나 100년 아인슈타인의 일반 상대성 이론이 제안된 지 얼마 지나지 않아 과학자들은 블랙홀 주변의 빛이 휘어지는 현상을 탐구하기 시작했습니다. 1970년대에 제임스 바딘(James Bardeen), 장 피에르 루미네(Jean-Pierre Luminet) 등은 블랙홀의 이미지를 계산했습니다. 1990년대 하이노 팔케(Heino Falcke) 등 천문학자들은 일반상대성이론 하의 광선추적 프로그램을 바탕으로 은하수 중심 블랙홀 Sgr A*의 모습을 처음으로 시뮬레이션하고 블랙홀 '그림자' 개념을 도입했다.

블랙홀의 강한 중력장의 영향으로 블랙홀의 강착이나 제트에 의해 생성된 복사선이 블랙홀에 의해 휘어지면서 하늘 평면(태양과 수직인 평면)이 생길 것으로 예측하는 이론이다. 가시선)을 블랙홀이 "볼" 수 있도록(겉보기 경계 고리는 두 개로 나뉩니다. 겉보기 경계 고리 내의 광자는 겉보기 경계 밖에 있는 한 블랙홀에서 탈출할 수 있지만 강한 중력 적색편이 효과를 받고 밝기는 낮지만, 겉보기 경계 고리 외부에서는 광자가 블랙홀 주위를 여러 번 돌 수 있으며 축적된 밝기는 충분히 높습니다.

그림 3: 일반 상대성 이론은 광자 고리로 둘러싸인 대략 원형 그림자를 보게 될 것이라고 예측합니다. 회전효과로 인해 블랙홀의 왼쪽이 더 밝아진다. 이미지 저작권: D. Psaltis 및 A. Broderick

시각적으로 시각적 경계 내부의 밝기는 상당히 약하며 밝은 후광으로 둘러싸인 원형 그림자처럼 보입니다. 그래서 블랙홀 섀도우라는 이름이 붙었습니다. 이 그림자는 얼마나 큽니까? 슈바르츠실트 블랙홀의 그림자 직경은 사건 지평선 직경의 5.2배입니다. 블랙홀이 빠르게 회전하는 경우 그림자 직경도 사건 지평선 반경의 약 4.6배입니다. 이런 관점에서 볼 때 블랙홀의 겉보기 경계의 크기는 주로 블랙홀의 질량과 관련이 있으며 블랙홀의 회전과는 거의 관련이 없습니다.

나중에 더 많은 과학자들이 블랙홀 이미징에 대한 수많은 연구를 수행했으며 모두 블랙홀 그림자의 존재를 예측했습니다. 따라서 블랙홀 그림자의 영상화는 블랙홀의 존재에 대한 직접적인 "시각적" 증거를 제공할 수 있습니다.

오늘은 단지 시작점일 뿐이고, 앞으로는 더 많은 흥미진진함을 보게 될 것입니다

사실 블랙홀에 대한 인간의 이론적 예측은 나온 지 얼마 되지 않았으며, VLBI 기술은 지난 10년 동안 성숙해졌을 뿐만 아니라 첫 번째 블랙홀 사진이 방금 '촬영'된 이유는 무엇입니까? 중요한 이유는 VLBI 기술을 사용하여 충분히 큰 등가 조리개와 충분히 높은 감도를 갖춘 망원경을 구성하려면 그러한 망원경이 전 세계에 널리 배포되어 있어야 한다는 것입니다. 지난 10년 동안 기술적 혁신, 새로운 전파 망원경의 지속적인 건설 및 EHT 프로젝트에 포함, 알고리즘 혁신을 통해 마침내 천문학자들이 블랙홀과 블랙홀 지평선을 연구할 수 있는 새로운 창이 열렸습니다.

이번 EHT 관측에 참여한 상하이 천문대 전문가들은 M87* 블랙홀 영상 촬영에 성공했다고 해서 결코 EHT가 끝나는 것은 아니라고 만장일치로 밝혔습니다.

한편으로 M87*의 관측 결과를 분석하면 물질의 강착과 제트를 이해하는 데 중요한 블랙홀 주변의 자기장의 특성을 더욱 심층적으로 파악할 수 있습니다. 블랙홀 주변의 형성.

그런가, 은하계 중심 블랙홀인 Sgr A*의 대망의 사진 공개를 앞두고 있다.

EHT 프로젝트 자체는 계속해서 "업그레이드"될 예정이며, 더 많은 관측소가 EHT에 합류할 예정입니다. 감도와 데이터 품질이 향상될 것입니다. *더 많은 고화질 사진을 보고 사진 뒤에 숨겨진 블랙홀의 신비를 발견해보세요.

요컨대, 인류가 최초로 블랙홀 사진을 촬영한 지금, 블랙홀 이미징의 봄은 훨씬 뒤쳐질 수 있을까?