这两天,一张黑洞“照片”兴奋了很多人。什么是“黑洞”?这是真的“照片”吗?拍出黑洞照片的人是谁?
黑洞(black hole)是天文物理史上,最热点的题材之一。“黑洞”一词是1968年由美国天体物理学家约翰·惠勒提出来,但在这之前就已经有人描述这种天体的存在。一年前去世的英国物理学家史蒂芬·霍金是研究黑洞方面最著名的科学家。
黑洞是宇宙空间中存在的一种质量相当大的天体和星体。黑洞的质量是如此之大,它产生的引力场是如此之强,以致任何可测物质和辐射都无法逃逸,包括速度极快的光子也幸免不了。也因此,这种天体就会是完全不反射光线的黑体,故名黑洞。
浩瀚宇宙,无边无界,各种星体,不计其数,黑洞自然也很多。据称,银河系就有100万个恒星级黑洞,但目前探测到的还不多。至今,所发现质量最小的黑洞大约是太阳质量的3.8倍,而最大的可达太阳的几百亿倍,像这次亮相的黑洞(M87星系)质量约是太阳的70亿倍。
由于黑洞可以吞噬一切物质包括光,所以无法直接观测到黑洞,因此还不能直接拍出黑洞的照片,那张所谓照片其实是一张电脑计算后合成的图片,不是通常意义上的照片。
黑洞,都是通过测量它对周围天体的作用和影响来间接观测或推测到它的存在。2017年4月,由位于麻省理工学院(MIT)的“事件视界望远镜(Event Horizon Telescope,简称EHT)”项目组,利用散布世界各地的8座射电望远镜,对M87星系进行同步测量,得到了庞大的数据资料。之后的两年来,EHT对收集的数据进行组合分析,运用超级电脑运算,最后编组合成了大家看得到的首个黑洞“照片(图片)”,包括它的颜色也是电脑合成的。
当然,这个史上首张黑洞“照片”,不管怎样都是来之不易的。这项研究成果的功臣是年仅29岁的电脑科学家布曼,她所开发的算法让黑洞照片成为可能。如她自己所言:给黑洞拍照,就像是利用射电望远镜在月球上给一个葡萄柚拍张照片。
当然,这个成就也非布曼一人所为。布曼在脸书上发文强调:“这张照片并非单一算法或单一个人的成就,而是一群来自世界各地的科学家贡献他们惊人的才华,经过多年努力而得来的。”
布曼的成才之路值得研究和借鉴。布曼1989年出生于印第安纳州的一个小城——West Lafayette,不过这个小城市很知名,因为著名的普渡大学就在这里。她在当地唯一的一所高中就读,高中时就与普渡大学的教授一起研究图像学,而且早在2007年她就知道EHT这个组织。
她高中后去密西根大学读电子工程,以优异成绩毕业;然后在MIT分别拿到电子工程硕士和电脑博士;再接着到哈佛大学做博士后研究。这期间,她一直作为EHT项目组的研究成员,致力于图像算法研究,希望黑洞早日呈现真面目。她是相关计划的负责人,一天前大功告成,首张黑洞照片惊喜亮相。今年初,布曼成为加州理工学院电脑与数学科学系的助理教授。
观察布曼的成长和成功之路,有两点特别值得中学生借鉴。其一,最好在中学时代就能有机会和大学教授合作搞研究,这不仅对升入名校至关重要,而且很可能奠定一生发展的基础;其二,要围绕着自己的兴趣和专业方向,持之以恒、坚持不懈地努力进取,才能收获最终的成功!