#黑洞是如何形成的# 黑洞偏振照片发布!中科院上海天文台深度参与研究「中国科普博览」

北京时间2021年3月24日晚10点,曾成功捕获人类有史以来首张黑洞照片的事件视界望远镜(EHT)合作组织,又为揭秘M87超大质量黑洞提供了一个崭新视角:它在偏振光下的影像(图1)。

图1.(上)偏振光下M87超大质量黑洞的图像,图中线条标记了偏振的方向,它与黑洞阴影周围的磁场有关。(图片版权:EHT合作组织)

偏振片只允许特定方向的偏振光通过。下面这个动画显示了黑洞偏振图像在通过一个偏振平面不断旋转的偏振片后的变化。(视频版权:EHT合作组织)

大家还记得2019年EHT发布的首张黑洞照片吗?

图2. 2019年EHT发布的首张黑洞照片(图片版权:EHT合作组织。)

对比下这两张照片,是不是这次的新照片看起来清晰度更高一些?难道是EHT升级了望远镜阵列,像手机升级摄像头一样,提高了像素?并非如此。我们看到的新照片,其实与首张黑洞照片来自于同一批成像观测,但是这张“照片”是通过处理偏振信号获得的,所以我们称之为“黑洞在偏振光下的影像”。

这是天文学家第一次在如此接近黑洞边缘处测得表征磁场特征的偏振信息。该结果对理解距离我们5500万光年的M87星系如何产生能量巨大的喷流十分关键。

那么,什么是偏振呢?让我们从头说起。

什么是电磁波的偏振?

偏振(也称极化)是横波的一种属性,指横波在与其传播方向垂直的平面内沿着某一特定方向振荡的性质。光是一种电磁波,由耦合振荡的电场和磁场组成,而电场和磁场的振荡方向总是互相垂直的。在自由空间里,电磁波是以横波方式传播,即电场与磁场又都垂直于电磁波的传播方向(图3,上)。按照常规,电磁波的“极化”方向指的是电场的振荡方向。

图3. (上)电磁波传播示意图。(下)非偏振的入射光经过线偏振片后成为线偏振光,再次经过四分之一波片之后变成(从接收端看)左旋圆偏振光。

如果电磁波的电场只在一个方向上振荡,则称为“线偏振”。若随着电磁波的传播,电场的振荡方向是以电磁波的波频率进行旋转,并且电场矢量的矢端随着时间勾绘出(椭)圆型,则称此电磁波为“(椭)圆偏振”;对于这两种情形,又可按照电场矢量旋转的方向分为“右旋(椭)圆偏振”和“左旋(椭)圆偏振”。

一般生活中的光,比如太阳光、白炽灯光等,振动在各个方向是均匀分布的,称为非偏振光。偏振光的产生可以通过多种方式实现,常见的方法是让非偏振光通过一个偏振片,只让沿着某特定方向偏振的光波通过。而线偏振光经过四分之一波片后可变为椭圆偏振光,并在特定角度下(当线偏振光的振荡方向与波片光轴方向成±45°时)变为圆偏振光(如图3,下图所示)。

为什么EHT能拍摄到黑洞边缘的偏振?

在射电天文领域,我们接收到的大部分天体信号是偏振光,例如黑洞产生的喷流,其射电波段的辐射对应的主要是相对论性电子(速度接近光速)在磁场中沿弧形轨道运动时所发出的光,专业名词称作同步加速辐射。

由于偏振辐射是个包含大小和方向的矢量,通常在小尺度致密区域探测到的偏振辐射比较明显,接近真实的情况,但若是没有足够的分辨本领探测这些区域内偏振辐射的话,观测到的偏振特征就会由于叠加效应而被削弱。

此外,由于不同致密区域的法拉第旋转等效应,即指在磁化介质中偏振的方向会发生旋转,会削弱偏振特征,也会造成在黑洞边缘区域难以探测到明显的偏振。值得注意的是,法拉第旋转效应所造成的偏振方向旋转的幅度跟波长的平方成正比,即波长越短,旋转幅度越不明显,其偏振的特征越不容易被削弱。

此次EHT能够拍摄到黑洞阴影周围的高分辨率偏振图像,主要归功于两点:一是EHT的高分辨本领,让科学家们能够分解开这些致密区域;二是观测波段在短毫米波段,从而大大削弱了法拉第旋转效应的影响。

怎样拍摄黑洞偏振图像?

此次获取的M87黑洞偏振图像与首张黑洞照片来自于同一次成像观测(Event Horizon Telescope collaboration et al. 2019)。EHT在为黑洞进行拍照观测时就充分考虑到了偏振成像(江悟等,2019),因此,在接收和记录电磁波信号时,已将能恢复电磁波偏振信息的两路正交偏振信号采集并记录了下来。

为了获取2019年4月10日宣布的首张黑洞照片(总强度图),需处理各个台站间相同偏振方向的互相关数据。而为了获得此次发布的偏振图像,则更加复杂,还需要对所有台站之间的交叉偏振信号进行处理,其中的难点在于对台站偏振参数进行校准。所谓台站偏振参数,指各个台站实际接收偏振信号时,原本期待接收两路“干净”的偏振信号,但实际上接收的其中一路偏振信号,难免会“掺杂”有另一路偏振的信号。

图4.本文作者及合作者于2019年7月15日至19日在位于德国波恩的马普射电天文研究所进行的EHT偏振校准工作会议期间合影。这次会议主要是针对M87偏振观测数据的校准及成像。(照片来源: E. Traianou/马普射电天文研究所。)
为了能及时对M87黑洞进行偏振成像,在首张黑洞照片发布后的第3个月,EHT合作组便在位于德国波恩的马普射电天文研究所举行了为期一周的主题为偏振校准及成像的工作会议(图4,上)。

如今回想起来,当时会议过程也是一波三折。由于一开始用预选的校准源来对M87的偏振数据进行校准测试,并没有得到预想的结果,大家都开始担心起来。直到会期中间,替换了另外的校准源,且直接用M87的观测数据本身做偏振校准,结果不同的小组利用不同方法都可以得到比较一致的初步结果(图4,下)。大家这才发现,由于预选的校准源偏振结构复杂,并不适合用作校准源。这时大家才放下心来。后来,又经过长期的工作和反复讨论,才最终敲定黑洞偏振图像的结果(Event Horizon Telescope collaboration et al. 2021a)。

偏振图像可以告诉我们什么?

EHT在事件视界尺度上对M87超大质量黑洞周围的偏振辐射进行的成像,可以用来探测黑洞附近磁场和等离子体的性质,从而理解黑洞如何“吞噬”物质并发出能量巨大的喷流(Event Horizon Telescope collaboration et al. 2021b)。

观测发现黑洞图像的线偏振度较低,表明偏振结构在比EHT的分辨本领更小的尺度上被扰乱,这或许是由黑洞周围辐射区域内局部的法拉第旋转所造成。同时,图1中的线条(偏振的方向)所展示的图案意味着该辐射区域存在有序的磁场结构。

通过与广义相对论磁流体动力学理论模拟生成的大量黑洞偏振图像的定量比较,研究团队发现,只有以强磁化气体为特征的理论模型才能解释在事件视界看到的情况并产生足够强的相对论性喷流。这些成功的模型可进一步推断M87中黑洞的物质吸积率的大小(即黑洞吞噬物质的快慢),即每千年吞噬0.3到2倍太阳质量的物质。这些结论大大加深了我们对黑洞周围物理环境的理解。

下一步和未来

从观测上直接接近黑洞的边缘,从而在几个史瓦西半径的尺度上不断探索黑洞周围的时空特性和物理过程,这代表着人类认识宇宙手段的一大突破。

然而,目前的EHT阵列中,望远镜数目仍然较少,基线覆盖还比较稀疏,尤其是,由于银心黑洞受到星际散射的影响以及相比目前成像所需时间(数个小时)要快得多的结构变化,成像并非易事。

鉴于此,EHT合作在M87黑洞首次成像后,提出了下一代EHT计划(即next generation EHT, ngEHT),计划在近10年内完成。ngEHT计划通过在地球上布设更多的亚毫米波望远镜、增加观测灵敏度及频率覆盖等来提升黑洞成像的质量并提供更多观测信息,尤其是要提升成像速度以进一步制作黑洞“动画” (Blackburn et al. 2019)。

同时,国际上也在探讨、预研空间亚毫米波阵列(Haworth et al. 2019),以此进一步提升黑洞成像的质量及效率。

由于地球的自转,东亚地区的台站将会是拍摄黑洞动画所需的成像接力中不可或缺的部分。目前,日韩等都已在积极致力于这一国际努力。例如,韩国目前正在平昌建设新的亚毫米波望远镜,有望在未来几年内加入EHT阵列。实际上,由于中国幅员辽阔并且存在优良的亚毫米波望远镜台址(如西部地区),若是在这些地区布设亚毫米波望远镜的话将会提供黑洞成像/摄像所需的独特基线覆盖。

如果说我们目前已经积极参与到黑洞成像这一国际合作项目的话(路如森等,2019),在黑洞成像/摄像开展得如火如荼的今天,笔者不禁思考:我国何时才能拥有一台真正属于自己的亚毫米波(VLBI)望远镜甚至一个阵列?

希望这一天离我们不太遥远。
#微博公开课# #微博新知博主#

#喜迎党代会建设新甘肃# 【喜迎党代会】广袤沃野谱新篇——甘肃省高质量实施乡村振兴战略综述

春夏之交,陇原大地一派生机勃勃、绿意盎然的景象,处处都是“希望的田野”,释放着乡村振兴的新动能。

自脱贫摘帽以来,甘肃省坚持把巩固拓展脱贫攻坚成果、防止规模性返贫作为头等大事,把促进农民增收作为根本之举,把实施乡村建设行动作为重要抓手,推进巩固拓展脱贫攻坚成果同乡村振兴有效衔接,着力在巩固、拓展、衔接上下功夫、见实效,千里沃野谱写新篇章。

坚决守住脱贫成果

脱贫成果来之不易,甘肃省打出了一套“组合拳”,保持主要帮扶政策稳定性、连续性,坚决守住不发生规模性返贫这条底线。

健全防止返贫动态监测帮扶机制。聚焦脱贫不稳定户、边缘易致贫户、突发严重困难户“三类户”,紧盯“两不愁三保障”、劳务输转、易地搬迁等重点领域,采取人盯人、网格化动态监测办法,根据致贫返贫风险因素针对性落实帮扶措施,做到迅速发现响应、及时评估核查、精准实施帮扶、动态清零风险。截至去年底,甘肃省10.3万户41.9万名监测对象全部落实产业、就业、综合保障等有针对性“一户一策”帮扶措施。

【喜迎党代会】广袤沃野谱新篇——甘肃省高质量实施乡村振兴战略综述
甘肃省张掖市甘州区甘浚镇拍摄的玉米种子收获场景(无人机照片)。新华社记者 王朋 摄

建立低收入人口常态化帮扶机制。先后印发改革完善社会救助制度、临时救助工作、困难群众基本生活保障工作等专门意见,调整优化最低生活保障、特困人员救助供养政策,构建政府主导、社会参与、制度健全、政策衔接、兜底有力的综合救助格局。搭建信息平台和数据库,瞄准因病、因学、因残、因失业等主要返贫致贫因素,对低保对象、低保边缘家庭等10大类413.7万人实时监测预警,对3.7万户符合条件的对象落实相应救助政策。

巩固“两不愁三保障”成果。采取定期普查和随机抽查等形式,第一时间发现并解决义务教育、基本医疗、住房安全、饮水安全等方面问题,实行动态清零。

2021年,甘肃省为98.89万名家庭困难的义务教育阶段学生、中高职业教育学生发放生活补助或减免学费、书本费;脱贫人口30种大病专项救治病种救治覆盖率、四种重点“慢病”救治管理率均达99.96%;完成危房改造148户,抗震改造2万户,灾后重建和维修加固3.46万户;100处农村水源保障工程作为省政府为民办实事项目。

在巩固脱贫成果的基础上,甘肃省还组织开展了农村留守老人妇女儿童和特困群众关爱服务行动,帮办实事11.4万次、13万余件,切实解决了一批农民群众急难愁盼问题。全省 1242个乡(镇)、1.6万个村、13.1万名乡村两级干部开展乡村振兴“岗位大练兵、业务大比武”活动,有力提升了农村基层党组织和党员干部服务群众的能力水平。

发展产业助农增收

产业兴则乡村兴。

静宁苹果、陇南花椒、定西马铃薯……甘肃省聚焦农民增收这个根本,下好从产业扶贫向产业振兴转变先手棋,着力做好产业倍增、就业促进、创业培育。

甘肃省启动实施现代丝路寒旱农业优势特色产业三年倍增行动计划,制定《指导意见》《总体方案》和分产业方案,以“牛羊菜果薯药”等18个优势特色产业为重点,力争用3年左右时间实现质量提升、规模扩大、效益倍增。农业农村部与甘肃签署部省共同推进现代丝路寒旱农业建设合作框架协议。在甘肃省开展抓点示范行动,建成抓点示范种养基地786个,绿色标准化种植基地面积达到925万亩,打造特色产业大县14个。

【喜迎党代会】广袤沃野谱新篇——甘肃省高质量实施乡村振兴战略综述
甘肃省张掖市民乐县三堡镇库陀村马铃薯种植场景。新华网发 (王将 摄)

甘肃省积极推进农业园区提质扩面强基,启动创建省级现代农业产业园61个。实施龙头企业“2512”提升行动,即到2025年营业收入(或产值)1亿元以上的龙头企业达到200家,10亿元以上的龙头企业达到50家,50-100亿元的龙头企业达到10家、100亿元以上的达到2家。对在延链补链强链中发挥引领作用的龙头企业实施分级达标奖补,新引培农业龙头企业139家,总数达到3235家,农产品加工转化率达到56%,提高1个百分点。支持新型经营主体建设冷链设施1147座,已完成1087座。

深入实施“甘味”品牌体系建设,充分发挥特色产业产销协会作用,组织营销队伍抱团开拓国内外终端市场。举办“甘味”农产品进京、进央企、进中粮集团对接活动。联合农业农村部举办第四届“甘味”特色农产品洽谈会,累计签约金额170多亿元。

此外,甘肃省推进农业保险增品扩面提标降费,参保农户185.23万户,其中脱贫户92.22万户,为122.96万户次农户因灾等赔付16.68亿元,其中34.07万户次脱贫户赔付4.36亿元,为脱贫群众发展产业筑起了安全网。加大对脱贫群众和边缘易致贫户发展产业的小额信贷支持力度,新增发放13.1万户61.83亿元,累计159.13万户717.44亿元。

国家防贫监测信息系统显示,2021年甘肃省脱贫人口人均收入首次突破万元大关,达到10079元、同比增长18%,脱贫地区农村居民人均可支配收入达到10458元、同比增长11.4%,分别比全省农村居民人均收入增幅(10.5%)高出7.5和0.9个百分点,达到了“两个高于”的目标。

提升农民生活品质

脱贫攻坚以后,如何让农民生活更有品质?

甘肃省坚持规划先行,加强乡村规划编制,五部门联合印发《关于加强乡村规划建设的指导意见》,结合市县国土空间规划编制在县域层面完成三轮村庄分类工作,选取73个村庄开展两轮省级村庄规划编制试点,完成1920个“多规合一”实用型村庄规划编制。其中,夏河县安果村入选全国优秀村庄规划案例。

【喜迎党代会】广袤沃野谱新篇——甘肃省高质量实施乡村振兴战略综述
甘肃省崇信县汭河川区成片的小麦长势喜人,犹如张张绿毯铺展在大地上。新华网发(徐炜场 摄)

同时,甘肃省启动实施“5155”乡村建设示范行动,制定《指导意见》和《实施方案》,分别用5年、3年、2年、1年完成5个乡村建设示范市(州)、10个示范县(市)、50个示范乡(镇)、500个示范村建设任务,带动全省乡村建设行动有序开展、梯次推进。2021年,甘肃省落实乡村建设示范行动奖励资金5.8亿元,完成投资159.98亿元,顺利完成500个省级示范村建设。

改善生态环境,打造生态乡村。甘肃省接续推进农村改厕等“三大革命”和“六大行动”,实施改厕50万座,全省行政村卫生公厕覆盖率达到97%。常态化开展村庄清洁行动,指导各地因地制宜拓展优化“三清一改”内容和范围,农村生活污水治理率达到21.8%,农村黑臭水体整治率达到60.29%,90%的行政村生活垃圾得到有效处理。

卓尼县被国务院评为2020年全国农村人居环境整治成效明显激励县,两当县、临泽县、卓尼县和金川区、崇信县、合水县先后被中央农办、农业农村部评为2020和2021年度全国村庄清洁行动先进县。中央农办、农业农村部、国家乡村振兴局连续在甘肃省甘南州、兰州市召开全国村庄清洁行动现场会、农村厕所革命西部片区座谈会,推广甘肃省经验做法。

春潮涌动处,奋楫振兴时。放眼陇原,一幅“产业兴旺、生态宜居、乡风文明、治理有效、生活富裕”的乡村振兴画卷,正在广袤的田野间铺展开来。(完)

来源:新华网客户端

【豪宅立面:颜值炸裂的——灵动曲线、超流体立面】
千里马装饰集团幕墙项目——天津中海天空之镜,采用了大量圆弧倒角。以超现代主义建筑风格,打造玻璃天幕流线立面,大面积的玻璃及装饰线条,塑造水的晶莹、玉的温润、现代精致的视觉感官。出于功能性需求和现代审美的追求,设计将端户飘窗做弧形处理,以获得更广的视野。以美学的角度考虑,希望将弧线的半径控制在较小的尺寸400mm,以一种略显锐利的圆润取代普通弧形转角的圆滑。超大的开窗尺度在玻璃的制作上迎来了挑战,为满足节能和强度需求采用了在住宅上很少用到的三玻两中空low-e玻璃。转角的弧形玻璃采用热弯工艺,三玻的结构使得三片玻璃单片的弧形半径以极小的尺度差别向内逐层减小,对加工工艺带来极大的挑战。经过了漫长的玻璃厂家的遴选,最终将弧形玻璃半径由900mm降到了预想的400mm。#千里马装饰##建筑装饰##天津装修##幕墙工程#


发布     👍 0 举报 写留言 🖊   
✋热门推荐
  • 让我们一起心存善良和大爱,微笑着,走过季节的轮回。让我们一起心存善良和大爱,微笑着,走过季节的轮回。
  • 今年不想和他们过年,即便拿钱来留住我,有时候我在想是不是真的失去了人的心…从不敢妄想家是幸福的,哪怕是拥有自己一个人的家,可能偶尔也会觉得孤独。和舍友在家一起唱
  • 但其实也差不多哈哈哈哈我就会更开心,搞得我都想去国外了[泪][泪]因为想学好英语啊啊啊今天做PPT的时候有一个非常简单的动画堆叠一直做不出来我脑子里很清楚这很简
  • 最喜欢的就是上床到入睡前的这短暂时刻,一定要拿饮料上床,听听音乐或看看书,我分外钟爱这一片刻,如同钟爱美丽的黄昏时分的清新空气。也太奈斯了吧看到最后我准备二刷再
  • ²⁰²³/₁₁.₁₇ ''︎︎˘ᵕ˘ ✌︎'' 、我们不抬头看月亮我们只看前方.、心宽便会百事从欢、总以为时间很慢可转眼又是一年冬、人这一生都在渡 渡人、渡心
  • 最喜欢的就是上床到入睡前的这短暂时刻,一定要拿饮料上床,听听音乐或看看书,我分外钟爱这一片刻,如同钟爱美丽的黄昏时分的清新空气。最喜欢的就是上床到入睡前的这短暂
  • 石头、大海、天上的云构成了让人想入非非的图画——有捶胸顿足的巨猿在发怒、海边沉思的老人、嬉水的小狗……所以当我第二次来到西蒙镇的时候我在这些巨石中足足拍了上百张
  • 我想我曾经爱你的时候也低到过尘埃里,但是并没有开出花,后来那些尘埃只是越来越多终于把我们都活埋了,原来爱情还真是不能太卑微,光有尘埃没有养料是不行的!/晚安啦~
  • 呵呵,都有吧,毕竟放下画笔,不再哭泣,转瞬即笑,只为自由自在……孩子的天性使然,玩,最快乐,顺心更快乐!人生在世短短几十年,打磨了大半生,也磨平了棱角,人变得圆
  • 30.其实你并不孤单,你周围有书,有台灯,有你想要的未来。25.你要忘记过去种的花,去爱有结果的树。
  • 你就去读你的书,去努力挣你的钱,去用心打你的球,去做最真实的自己,他也在努力精彩他的人生,看喜欢的电影,做喜欢的事,终有一天你们会在某个时间交汇,也许是个浪漫的
  • 3莫再关注那个呆在一起,1才爱你 那叫呆在一起的是风(图),都忽略我评论区不要脸的风,为啥说那个人是风,若是一般女人,哪会约3看晚霞?我想听你两的看法 8,
  • 跟金牛座的人谈关系,因为他们在意的是稳定,所以只要稳定什么都OK,当然,你也要满足他们的感官需求,如果钱有了,享受有了,又稳定,这就是他们最想要的了。对于工作,
  • 我们都知道,损失的痛苦感是获得的快乐感的两倍,这种心理会使人过多的在意自己痛苦,因此对“买跌卖涨”更敏感。在和亲人、朋友的相处中,以审美的眼光发现他们身上的美,
  • #任嘉伦[超话]##任嘉伦祁连山# rjl#任嘉伦流水迢迢# rjl#任嘉伦卫昭# rjl“我没什么可以送给你,只能送给你天上的月亮。他说他很喜欢天文,看来明年
  • 但是呢,不赌未来就没有那种多巴胺的分泌快乐,很多走上预测押注赌路者会觉得这方式太平淡,我是没有办法的,因为人一旦尝过股市预测押注赚钱的快乐,其“阈值”标准就提高
  • 一席话让外甥女目瞪口呆,这个傻姑娘终于明白了男女对待这个问题的区别,的确,男孩说话不中听,但也是事实,婚前同居,无论什么时代,男生都会关心问题,同居的次数越多,
  • 但是呢,不赌未来就没有那种多巴胺的分泌快乐,很多走上预测押注赌路者会觉得这方式太平淡,我是没有办法的,因为人一旦尝过股市预测押注赚钱的快乐,其“阈值”标准就提高
  • 就中国市场而言,今年的目标是吸引410万优质游客赴泰旅行,创收2,000亿泰铢。5年时间A股上市公司数量增加50%多,在A股持续熊市的情况下,总市值还能达到全球
  • 记不清,因为辣椒炒肉没有酱汁啊,因为核心是炒着会有黑色酱汁漏出去,然后就真的漏了出去,可惜极了,后半段火越来越大,菜的汤汁都快没了,都要糊了,火还没法变小,这啥