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|谢普德·多尔曼:国际科学合作验证爱因斯坦的预言

黑洞是近年科学领域的热门话题 ， 2020年诺贝尔物理学奖颁发给了三位进行黑洞相关研究的科学家 。除此之外 ， 人类首张黑洞照片也是学术界的大明星 。第三届世界顶尖科学家论坛科学前沿话题讲堂 ， 邀请到拍下这张照片的事件视界望远镜（EHT）项目负责人谢普德?多尔曼 ， 介绍黑洞研究的最新进展 。
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【|谢普德·多尔曼:国际科学合作验证爱因斯坦的预言】谢普德?多尔曼(Sheperd Doeleman) ， 美国天体物理学家 ， 哈佛大学-史密森天体物理学中心的资深研究员 ， 事件视界望远镜项目的负责人 。
他因其“用相当于地球大小的望远镜阵列 ， 为人类拍下首张超大质量黑洞的照片”而获得2020年度基础物理科学突破奖 。
多尔曼指出 ， 人类如今生活在一个研究黑洞和相关物理学的黄金时代 。而EHT项目的主要目的就是为了捕捉一张黑洞图像 。
通过激光干涉引力波天文台（LIGO）取得的引力波探测数据 ， 科学家们在观察黑洞周围恒星轨道的同时测算了黑洞的质量 。而EHT项目则让科学家们对黑洞的事件视界边缘有了更为深刻的了解 ， 通过数据检验其是否能够最大程度地接近其预言的黑洞 ， 来验证爱因斯坦的广义相对论 。
在验证广义相对论的基础上 ， 黑洞数据还能够在实验室里被用作极端实验 ， 优化广义相对论的实验验证 ， 同时了解黑洞是如何向星系中心提供能量 ， 形成人类所看到的壮观景象 。
事件视界望远镜的主要目标之一 ， 是观察黑洞在夜空中产生的活跃现象 。多尔曼通过运用事件视界望远镜观察的两个天体 ， 以及相关的图像对此进行更为详细的说明 。
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第一个天体是人马座A* 。今年诺贝尔物理学奖的获奖团队观察了围绕人马座A*运行的恒星轨道 ， 通过这条轨道可以测算出这个物体的质量相当于400万个太阳 。这个天体与地球的距离相当于地球与银河系中心之间的距离 ， 这是迄今为止科学家所见过最好的 ， 最能表明银河系中心 ， 甚至是其他星系存在超大质量黑洞的证据 。
第二个天体是M87星系 。天文学家希伯?柯蒂斯于1918年发现这个星系的物质喷流 。宇宙中几乎没有其他的能量源可以解释这些在大约10%的星系中都能看到的相对论性喷流 ， 只有通过旋转超大质量黑洞所产生的引力吸积才能提供这么大的能量 。
多尔曼通过全球毫米波特长基线阵列图——目前喷流中心区域显示度最好的图像 ， 来解释“黑洞阴影”的光环 。“黑洞阴影”指的是从较远距离观察黑洞时 ， 多条光线在黑洞周围发生弯曲的现象 。如果能观测记录到围绕超质量黑洞周围的这圈可视物质 ， 就能立马验证爱因斯坦的理论 ， 还能测量黑洞本身的质量 ， 证实科学家对黑洞的其他信息作出的估算 。
在研究过程中 ， 多尔曼团队面临的重大挑战之一 ， 就是捕捉黑洞事件视界 。只有1mm的波长可以跨越重重困难 ， 从事件视界抵达到望远镜 。观测黑洞所需的角分辨率大约是20微角秒 ， 小于黑洞阴影部分的数值 。但由于可见的角直径微乎其微 ， 传统望远镜的分辨率无法做到这一点 ， 因此重新设计干涉仪成为了多尔曼团队研究的重点 。
为了重新设计干涉仪 ， 多尔曼团队运用和光学望远镜运作原理类似的甚长基线干涉测量技术 ， 通过将多个分布于世界各地的望远镜组成一个大型虚拟望远镜面网络 ， 将清晰的信号数据进行数据拟合 。经过实验 ， 多尔曼团队获得了和预期基本一致的数据 ， 再一次验证了原本的假设 。
在提到EHT项目未来的推进情况时 ， 多尔曼表示 ， 研究团队会在目前使用的观测点建造望远镜并改进阵列 ， 争取再现喷流喷射区域的所有细节 。在下一阶段的EHT项目中 ， 实现实时观测人马座A*的演化过程 ， 并针对黑洞是如何喷射高能喷流这个疑问给出答案 。


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