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Science重磅年度十大科学突 [复制链接]

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继Nature后,今天,Science也公布了年度十大科学突破!

Nature重磅:年度十大科学进展!华人学者主导/参与4项

十大突破中,科学家捕获人类史上首张黑洞照片位居榜首。中国科学院也参与了这个重大全球合作项目,为捕获首张黑洞照片做出了贡献。全部如下:

人类史上首张黑洞照片

谷歌宣布实现量子霸权

AI首次在多人德州扑克中战胜顶级玩家

首次描绘出丹尼索瓦人样貌

分析小行星撞击地球及其后果

终于有了治疗埃博拉病毒的药物

改变了著名“三域学说”的全新古细菌

第一次有了可以治疗大多数囊性纤维化病例的药物

开发微生物补充剂对抗营养不良

柯伊伯带发现早期“太阳系”残骸

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人类史上首张黑洞照片问世

物质在Messier87中心的黑洞周围旋转并以不同波长辐射的模拟。围绕着黑洞阴影的一圈明亮的光环穿过薄雾,绿色的卷须是来自黑洞极点的强大射流。

黑洞体积巨大,无处不在,有时甚至与我们的太阳系一样大。它们的引力对周围物体的影响,以及它们碰撞时发出的引力波揭示了它们的存在。但直到今年4月之前,没有人直接看到过黑洞。

今年4月,一个国际射电天文学家小组发布了一张令人震撼的黑洞“阴影”的特写照片

,显示了一个黑色中心被光子在其周围形成的光环围绕着。荷兰奈梅亨大学的海诺·法尔克(HeinoFalcke)教授是拍摄这张照片的团队成员之一,他描述首次看到黑洞真容:“感觉就像看到了地狱之门,在空间和时间的尽头。”

这张令人振奋的照片被评选为《科学》杂志年度突破。

对于天文学家来说,这张照片是几十年来对他们看不见的神秘物体的理论研究的证明。“我还是很震惊,”斯坦福大学的天体物理学家罗杰·布兰福德说(RogerBlandford)。“我想我们中没有人能想象出这样的标志性图像。”事实上,直到最近都很少有天文学家认为这样的图像是可能的。按照宇宙的标准,黑洞应该是非常小的,而且从定义上说黑洞不发光。当它们长成巨大的质量时,就像在星系中心发生的那样,气体、尘埃和恒星被它们的极端重力搅起的漩涡混乱创造了一个额外的屏障。

但是在20年前,一些天文学家开始怀疑,在一个巨大的黑洞边缘或事件视界附近的热旋涡状气体是否可能使其可见。它们发出多种波长的光,包括毫米波——一种能穿透环绕星系中心的气体和尘埃的短波无线电波。技术的发展有望提供帮助。一项被称为甚长基线干涉(VLBI)的技术可以将距离较远的无线电天线的数据结合起来,使许多相隔数十万公里的独立天线能互相协调、同时观测同一目标并记录下数据,形成一口径等效于地球直径的虚拟望远镜,将望远镜的角分辨率提升至足以观测事件视界尺度结构的程度。接收器、天线设计和数字电子设备的改进使得射电天文学家能够捕捉到毫米波。通过观察这些波长,利用尽可能远的距离来提高分辨率,他们能分辨出黑洞的细节吗?

也许能,如果它是一个有着数百万个太阳质量的怪物,而且离我们相对较近的话。位于银河系中心的超大质量黑洞,其质量相当于太阳质量的万倍,太阳质量的黑洞,被称为人马座A*(SgrA*),它距离地球最近,只有光年。尽管有着超大质量,但从银河系的角度来看,它只是一个很小的物体——它可以进入水星的轨道——它的成像将把VLBI推向极限。

大约在十二年前,在夏威夷和美国本土使用望远镜进行的早期尝试揭示了SgrA*附近的过热气体的细节碎片。望远镜还瞥见了第二个潜在目标:位于附近的Messier87(M87)星系中心的超大质量黑洞。虽然M87距离地球的距离是SgrA*的倍,但它的黑洞M87*的质量是SgrA*的倍以上,所以它们在宇宙中的大小大致相同。随着观测开始产生成果,资助机构开始出资,国际事件视界望远镜(EHT)诞生了。

尽管名为EHT,它并不是一个望远镜,而是一个由全球多名科学家组成的联盟(包括来自中科院的研究人员)。年4月,一场为期10晚的大型观测活动已经万事俱备。ALMA与美国、墨西哥、智利、西班牙和南极的其他7个天文台一起,对SgrA*和M87*进行了连续整夜的观测。哈佛-史密森天体物理中心的创始主任ShepDoeleman:“我们很幸运地赶上了好天气。”但是,EHT团队过了两年才知道他们取得了什么成果。

M87星系中央黑洞的标志性图像EHTCOLLABORATION/CC4.0多个团队在德国和美国的数据中心并行工作,使用几种不同的方法校准和处理数据,而其他团队独立检查结果。为了避免歪曲结果,直到最后才产生图像。研究小组开始同时研究SgrA*和M87*,但当他们发现围绕SgrA*旋转的物质随着时间的推移而改变,使图像变得模糊时,他们开始
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