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你能想象从地球上看到月球上的一个瓶盖吗?事件视界望远镜 (EHT)团队通过技术升级实现了“消除模糊”的测试,成功将“地球望远镜”分辨率提升到了13微角秒,相当于从地球看清月球表面上的瓶盖,这项重大突破将可能为我们带来更加清晰的银河系中心超大质量黑洞图像,甚至是彩色电影!这项研究已发表在8月27日《天文学杂志》上。

事件视界望远镜是将分布在全球的多个射电望远镜协调起来,同步拍摄遥远的黑洞,通过算法获得黑洞的图像,相当于一台口径和地球一样大的“地球射电望远镜”,此前已在230GHz(波长1.33毫米)无线电频率拍摄了5350万光年外M87星系中心超大质量黑洞,以及银河系中心超大质量黑洞的图像,但看起来还是太过模糊,难以看清楚细节。

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那怎么办呢?口径已经和地球一样大,没法再大了,科学家们的唯一办法是增加波长,然而这也极为困难,因为面临着四大挑战:大气中水蒸气对0.87毫米波长的吸收更强,大气干扰更大,望远镜效率在高频率下降低,以及每次观测必须在最佳天气条件下进行。

那要怎么解决呢?科学家们取得了一项至关重要的技术进步,他们在望远镜接收器中采用了类似量子计算约瑟夫森结的超导-绝缘体-超导体(SIS)结技术,在接近绝对零度的极低温度下,利用量子隧穿效应和超导材料的低噪声特性,成功克服了大气对0.87毫米波长信号的强烈吸收和噪声干扰,大幅提高了望远镜带宽和灵敏度。

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事实上,EHT从2006年第一次探测开始,提升分辨率的大部分努力都是通过增加望远镜数量和提高传感器灵敏度完成的。

最近的测试就是在354GHz频率,相当于0.87毫米波长下,用优化后的阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列进行的,达到了19微角秒的分辨率。

这意味着如果将EHT的全部望远镜优化并协调起来,就可以获得13微角秒的分辨率,相当于从地球上看清月球上的一个瓶盖,这将是有史以来从地球表面实现的最高分辨率,可以拍摄比以前清晰50%的图像!

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这一重大突破为计划中的事件视界望远镜升级奠定了基础,科学家们还将对射电望远镜阵列的天线及其他设备进行改进,以创建并合成全彩色黑洞图像,甚至拍摄“高保真”的黑洞电影。未来的观测将包括对M87和银河系中心的回访,以追踪黑洞周围物质运动的细节,深化我们对宇宙中极端物理现象的理解。

很多朋友可能会问,中国天眼(FAST)不是全球最大的单口径射电望远镜,具备极高的灵敏度和分辨率吗?如果加入到EHT中,是不是可以极大地提升“地球望远镜”精度呢?

事实上中国天眼并不适合直接参与EHT项目,主要原因有三点:

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一是工作频段不同,FAST主要集中在低频和中频射电波段,而EHT需要在毫米波段进行观测;

二是固定设计,FAST是固定在山谷中的,无法自由旋转观测不同的天区,而EHT需要参与的望远镜具备灵活的指向能力;

三是技术配置限制,EHT要求高频接收器和精确的时间同步,FAST目前的技术配置和科学任务重点与这些要求不匹配。

所以从目前的技术来看,FAST可能还难以直接参与EHT项目。