1、JWST 拍到的“問號”是什么
去年，JWST 偶然在宇宙中拍到了個詭異的“問號”。很快這張照片就在網(wǎng)上瘋傳，“世界果然是虛擬出來的，你看，渲染出 BUG 了吧”。于是乎，天文學(xué)家將 JWST 重新對準(zhǔn)該區(qū)域進(jìn)行了專門的拍攝。2024 年 9 月，JWST 團(tuán)隊(duì)將最新的觀測結(jié)果公布于眾，并向人們揭示了這個詭異“問號”的真實(shí)面目。
時(shí)間回到去年 7 月，當(dāng)時(shí) JWST 通過近紅外相機(jī)拍攝了一張星云（HH 46/47）的照片。該星云位于船帆座，距離地球 1470 光年。
這原本是一張普普通通的星云照片，然而就在照片下方不起眼的位置，人們發(fā)現(xiàn)這里竟然藏著一個小小的“問號”！要說天文學(xué)家們也算閱片無數(shù)，什么奇怪形狀的天體沒見過，但是如此標(biāo)準(zhǔn)的“問號”還真是頭一回見。
雖然不知道它是什么，但是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷它應(yīng)該和星系有關(guān)。首先，從它紅色的外表（高紅移）可以看出，這肯定不是銀河系里的天體。果不其然，通過紅移值計(jì)算，該天體距離我們超過了 70 億光年。能看清 70 億光年外的一個“問號”，想必這個“問號”的大小至少也是星系規(guī)模。于是天文學(xué)家推測，它或許是兩個正在合并中的星系。
為此，天文學(xué)家翻出了之前哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的該星云照片。
可能主要拍攝用的可見光波段的原因，在哈勃的照片中該位置完全看不到任何可疑天體。于是人們拿出了哈勃關(guān)于該區(qū)域更高清的照片。
這次人們在相應(yīng)位置確實(shí)看到了一些類似星系的天體，只是這些天體組成的外形和“問號”不說毫不相關(guān)吧，至少也是大相徑庭。
為了一探究竟，天文學(xué)家將 JWST 重新對準(zhǔn)了該區(qū)域，希望拍一張高清照看看這個“問號”到底是怎么一回事。
2024 年 9 月，JWST 團(tuán)隊(duì)公布了最新的觀測結(jié)果，通過 JWST 拍攝的高清照片，這次人們終于看清了該“問號”的真實(shí)樣貌。
首先，組成“問號”的確實(shí)是正在合并中的星系，但是我們看到的“問號”形狀并非合并原因，而是由前景星系團(tuán)（MACS-J0417.5-1154）產(chǎn)生的引力透鏡效應(yīng)導(dǎo)致的。不過和平時(shí)見到的引力透鏡不同，這是一種罕見的特殊透鏡類型，被稱為“雙曲臍帶透鏡（hyperbolic umbilic (HU) lensing）”。
如果仔細(xì)觀察你會發(fā)現(xiàn)，除了構(gòu)成“問號”下面那個“點(diǎn)”的星系外，整個“問號”幾乎都是由合并中的那兩個星系的多個像組成的。
比如從圖像中的 A 處可以看出，這兩個星系確實(shí)挨得很近，一個正對我們，一個側(cè)對我們。但是我們看到的并非它們的真實(shí)所在，而是由引力透鏡產(chǎn)生的像。除了 A 處，B、C、D（被遮擋）甚至是遠(yuǎn)處的 E，它們都是那兩個星系的像。也就是說，這倆星系在前景星系團(tuán)的引力作用下，一共產(chǎn)生了五個不同扭曲形態(tài)的像。
雖然前景星系團(tuán)的引力透鏡迷惑了我們，但是透鏡同樣也會放大這些遙遠(yuǎn)星系的細(xì)節(jié)，這使得我們可以更加清楚的看到它的內(nèi)部情況。通過研究這些星系內(nèi)部恒星的形成，我們可以推斷這些古老星系是如何演化的，這為我們了解自己的家園銀河系提供了很多有用信息。
2、EHT 準(zhǔn)備拍攝下一張黑洞照片
2022 年，事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）合作組織公布了銀河系中心黑洞的首張照片。
這也是自 2019 年人類首張黑洞照片 ——M87 中心黑洞照片公布以來的第二張黑洞照片?，F(xiàn)在，研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)為拍攝下一張黑洞照片做好了準(zhǔn)備。
事件視界望遠(yuǎn)鏡是一組虛擬的射電望遠(yuǎn)鏡陣列，它由坐落在世界各地的多臺望遠(yuǎn)鏡組成。最北端是位于北極圈內(nèi)的格林蘭望遠(yuǎn)鏡，最南端是位于南極洲的南極望遠(yuǎn)鏡，這意味著這臺虛擬望遠(yuǎn)鏡的口徑幾乎是整個地球直徑，這也使得它擁有極高的角分辨率。
除了口徑足夠大，EHT 的高分辨率還得益于它的工作波長。我們知道，波長越短獲得的分辨率就越高。由于射電望遠(yuǎn)鏡使用的是波長較長的無線電，因此它“拍”出的照片對我們來說完全是模糊一片，做不到像光學(xué)望遠(yuǎn)鏡那樣高清。EHT 使用的已經(jīng)是很短的毫米波了，比如之前拍攝使用的波長在 1.3mm，這使得它首次拍到了模糊的黑洞“剪影”。
為了獲得更清晰的圖像，前不久（2024 年 9 月）一篇發(fā)表在《天文學(xué)雜志》上的文章中，EHT 研究團(tuán)隊(duì)首次實(shí)現(xiàn)了 0.87mm 波長的甚長基線干涉測量（VLBI）技術(shù)，獲得了迄今為止地表最高的衍射極限角分辨率。
讓射電望遠(yuǎn)鏡在 0.87mm 處進(jìn)行觀測絕非易事，最大的困難之一就是這種短波很容易被大氣中的水蒸氣吸收，這已經(jīng)不是技術(shù)手段能夠解決的事了。所以 EHT 的所有觀測點(diǎn)對天氣的要求很高，至少需要非常干燥的條件。
經(jīng)過各個觀測站的努力，目前它們大部分都已完成了 0.87mm 波段的準(zhǔn)備，并且已經(jīng)用此波段探測了大量的類星體，分辨率達(dá)到了 19 微角秒。
19 微角秒有多小呢？整個天空是 360 度，每一度可以劃分 60 角分，每一角分又可以劃分 60 角秒，每一角秒又可以劃分 1000 毫角秒，每一毫角秒又可以劃分 1000 微角秒。所以，19 微角秒差不多就是 1 度的 2 億分之一，大概相當(dāng)于從地球上分辨出月球表面的一枚硬幣！這是有史以來從地球表面獲得的最高分辨率天文圖像。
當(dāng)然，除了在波長方面的改進(jìn)外，目前研究團(tuán)隊(duì)還計(jì)劃增加觀測站點(diǎn)的數(shù)量，以進(jìn)一步提高 EHT 的靈敏度。
當(dāng)有了更高的分辨率和靈敏度，接下來能做的事就多了。比如我們可以更精確地測量出黑洞的實(shí)際大小和形狀，從而更準(zhǔn)確的計(jì)算其自轉(zhuǎn)情況。同時(shí)，更清晰的偏振圖像將有助于我們更加了解黑洞周圍的吸積盤以及磁場情況。還有，之前我們的拍攝目標(biāo)只針對了視野比較好的 M87 和銀河系中心黑洞，之后可能有更多的星系中心黑洞被納入觀測目標(biāo)。另外，借助高分辨率，我們或許還能觀察到黑洞噴流底部的情況，這沒準(zhǔn)能夠解開困擾已久的噴流形成機(jī)制問題。
總之，下一代 EHT（ngEHT）有望將黑洞圖像的清晰度提高 10 倍，甚至為黑洞生成一段短視頻也未嘗不可。
本文來自微信公眾號：微信公眾號（ID：linvo001），作者：Linvo
廣告聲明：文內(nèi)含有的對外跳轉(zhuǎn)鏈接（包括不限于超鏈接、二維碼、口令等形式），用于傳遞更多信息，節(jié)省甄選時(shí)間，結(jié)果僅供參考，IT之家所有文章均包含本聲明。