多架望遠鏡協同“作戰”
位于美國加州的CARMA望遠鏡陣列,由6具10.4米直徑,9具6.1米直徑,8具3.5米直徑的天線組成
位于夏威夷的JCMT望遠鏡
位于智利的ALMA陣列
發現第一個昏暗的污點將只是一個開始。杜勒曼希望使用更短同時更為“鋒利”的0.87毫米波長。與此同時,越來越多的望遠鏡也將聯合起來,幫助研究人員進一步揭開這顆黑洞的神秘面紗。
地球“微波眼”的中心將位于智利的山脈沙漠地區,在這里,阿塔卡馬大型毫米/次毫米望遠鏡陣列(以下簡稱ALMA)正在制造之中。據悉,所有66個碟形衛星天線將于2012年竣工并投入使用。杜勒曼說:“重達800磅的ALMA將成為‘微波眼’的新主力成員。”通過與地球上的其它望遠鏡相配合,ALMA能夠提供一幅更為清晰的Sag A圖片,同時也可能發現M87星系內一個更為龐大的黑洞。
形象地說,ALMA也能為我們拍攝一部黑洞電影。杜勒曼說:“最令我感到興奮的是,我們能夠將目光聚焦時間變異性。”在很多波長條件下進行的觀測揭示了盤旋在Sag A周圍的氣體產生的輻射突然爆發。利用甚長基線干涉測量法,杜勒曼希望對這些盤旋的并且實時被穹界吞噬的小閃光進行觀測。他說:“這可能是這部影片的最珍貴的鏡頭’。”
旋轉成關注焦點
這種觀測能夠揭示研究人員急于想知道的一個有關黑洞的問題,即它們的旋轉。相對論指出,一個旋轉的黑洞將在太空結構中形成一個漩渦,這種現象被稱之為“引力框架拖曳”。距離黑洞較近的熱點將被拖進這個漩渦,這些熱點的移動將暴露Sag A的旋轉速度。此外,我們也可因此了解這顆黑洞的過去,原因在于:它的旋轉依靠其吞噬的使之成為當前“重量級”黑洞的物質。
牛津密西西比大學的伊曼紐爾·伯蒂(Emanuele Berti)以及安娜堡密歇根州大學的馬爾塔·沃倫特里(Marta Volonteri)對黑洞一些不同“食物”產生的影響進行了計算。Sag A在成長過程中可能遵循一個穩定的“飲食”結構,即吞噬星系氣體。星系氣體共享星系的所有旋轉,在逐漸靠近黑洞過程中形成一個螺旋運動速度越來越快的盤,就像水從放水孔流出一樣。在星系氣體完全被吞噬時,它的旋轉便成為黑洞的一部分。如果Sag A的絕大多數重力都以這種方式增長,它的旋轉可以提升到相對論可能允許的最大值。
此外,Sag A也可能通過吞噬任意軌道附近大量資源的氣體逐漸成長壯大。這些“食物”隨機定向的旋轉在很大程度上彼此抵消,也就是說,Sag A的旋轉速度可能很低。另一種可能性是,Sag A分層次成長,就像體積較小的星系合并形成銀河系一樣。每一個星系帶來自己的大質量黑洞,所有這些黑洞合并在一起,最終形成Sag A。在伯蒂和沃倫特里的模擬中我們看到,經常只需適度的旋轉便可形成一個黑洞。
廣義相對論面臨挑戰
當然了,所有這些均建立在假設愛因斯坦廣義相對論成立基礎之上。在愛因斯坦提出這一理論幾乎過了一個世紀之后,廣義相對論仍舊是我們有關重力的最理想理論,并且與行星軌道以及引力透鏡效應的精確觀測結果相匹配。布羅德里克說:“廣義相對論的完美程度幾乎達到令人為難的程度。”
但科學家從未在黑洞附近的超強引力條件下驗證這一理論,此時的廣義相對論預言面臨最為極端的一種情況。布羅德里克希望通過跟蹤熱點在扭曲空間的移動,對廣義相對論進行修訂。他說:“最理想的方式就是讓一名大學生手持激光指示器進入星系中心。如果這些閃光真的出現,我們便可用它們替代。”
通過確定Sag A附近時空準確形態,這部有關閃光的電影便可將相對性和一些相競爭理論——用于解釋恒星與星系的不規則運動更多地與暗物質和暗能量有關——區分開來。與相對性相競爭的理論包含一些復雜的想法,例如標量-張量-矢量引力以及f(R)引力。
杜勒曼4月進行的最新觀測能否發現一些奇怪的事情?穹界是否擁有一個奇怪的形狀?又或者一無所獲。布羅德里克說:“在此之后,我們便要面臨一個問題。”一種可能性是,在超強引力情況下,相對論是完全錯誤的。另一種可能性是,銀河系中心的“怪物”Sag A要比我們認為的更為昏暗。(孝文 新浪科技)
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