超大质量双黑洞并合 3年后人类或将有幸“目睹”

  超大质量双黑洞在演化最后阶段的并合,究竟会是一种怎样的结果,目前还存在争议。有的理论认为,两个黑洞会像两个人面对面贴近跳舞一样,虽然距离很近,但始终无法合二为一;有的理论则认为,当两个黑洞越靠越近,随着引力波辐射散失掉大量能量,最终会无限贴近直至并合。

  安涛 中国科学院上海天文台研究员

  当两个超大质量黑洞逐渐靠近,并最终并合后,会发生什么?这个此前无人能够确切回答的问题,或许将在未来3年内得到答案。

  不久前,中国科学技术大学蒋凝博士领衔的国际研究团队发现了一个疑似将在未来3年内完成并合的超大质量双黑洞系统。如果这一发现得到证实,它将极有可能成为人类完整观测到的第一例超大质量双黑洞并合事件,为检验黑洞演化和引力波理论提供最佳研究对象。

  近日,在这一发现的基础上,一个由中国科学院上海天文台研究员安涛牵头的研究团队利用甚长基线干涉测量技术对这个超大质量双黑洞系统进行了首次高分辨率成像观测,研究了其并合前的射电结构和辐射状态,对今后对比研究双黑洞并合前后的辐射和动力学特征提供了重要参考。

  “看不见”的超大质量双黑洞并合

  当一颗质量是太阳几倍甚至几十倍的恒星走到生命尽头时,往往会以黑洞的形式终结一生。而双黑洞,顾名思义,便是由两个因引力作用相互吸引、绕转的黑洞组成的系统。随着时间的推移,这两个黑洞会像陀螺一样,不断旋转着向彼此靠近,最终发生双黑洞并合事件,并释放出引力波。

  按照质量划分,黑洞可以大致分为3类,即恒星级质量黑洞、中等质量黑洞和超大质量黑洞。就算是最小的恒星级质量黑洞,其质量也是太阳的数倍乃至数十倍。而超大质量黑洞,其质量则会在太阳的百万倍到百亿倍之间。根据现有的观测数据,科学家认为,大质量星系中心普遍存在着超大质量黑洞。比如不久前刚刚公布首张照片的银河系中心的超大质量黑洞Sgr A*,其质量便达到了太阳的400万倍。安涛表示:“银河系在茫茫宇宙中并不算大,有的星系质量比银河系大几千倍甚至上万倍,因此这些星系中心的黑洞质量也会更大。”

  超大质量黑洞是否也会发生双黑洞并合?答案是肯定的。在等级成团星系宇宙学演化框架下,两个星系之间的并合必然会产生超大质量双黑洞。安涛向科技日报记者介绍,超大质量双黑洞在演化最后阶段的并合,究竟会是一种怎样的结果,目前还存在争议。有的理论认为,两个黑洞会像两个人面对面贴近跳舞一样,虽然距离很近,但始终无法合二为一,此时二者之间的最小间距将达到约1秒差距(1秒差距约等于3.26光年);还有的理论则认为,当两个黑洞越靠越近,随着引力波辐射散失掉大量能量,最终会无限贴近直至并合,此时二者之间的间距约为毫秒差距,即0.001倍光年。但无论如何,双黑洞并合时二者间“亲密无间”的距离,都让直接观测超大质量双黑洞并合成为难题。“当两个黑洞之间距离过近时,就远远超出了望远镜的分辨率极限,无法直接观测成像,甚至分不清楚是一个黑洞还是两个黑洞。”安涛向记者解释道。

  另辟蹊径克服直接成像困难

  虽然没有办法用望远镜对超大质量双黑洞并合直接进行成像观测,但这不代表科学家没有其他手段探查其奥秘。

  通常人们看到的黑洞图像,黑洞周围往往存在着一圈发光物质,那是被黑洞吸引而来的气体、碎片等,天文学中称之为吸积盘。在稳定状态下的黑洞,其吸积盘通常也呈现出相对稳定的状态。但是一旦当两个超大质量黑洞逐渐开始旋转、靠近,并形成双黑洞系统时,其相互绕转会造成吸积盘及其周围气体云团的亮度发生变化。而这一变化便可被光学和X射线望远镜敏锐地察觉到。在此基础上,结合近年来飞速发展的时域天文学,天文学家便能够以时间为序列,对亮度变化的时间特征进行分析,得到所谓的光变曲线,从而对双黑洞的某些物理性质进行深入研究。

  一个引力束缚的双黑洞系统,由于轨道绕转,其光变曲线会呈现周期性特征。这样的超大质量双黑洞候选体,天文学家已经发现了很多,但它们没有一个表现出临近并合的特征。但天文学家并没有因此放弃,在不久前,蒋凝领衔的国际研究团队在近邻宇宙中发现了一个奇特的活动星系核,它的光变曲线呈现出周期衰减的震荡,在过去3年里,这一周期从一年逐渐减小到3个月。不仅如此,其光变的振幅也在逐渐减小,再结合其他观测特征和模型拟合预测的结果,该团队认为,这极有可能是一个将在3年内完成并合的超大质量双黑洞系统。人类终于有可能第一次“目睹”到超大质量双黑洞并合过程。

  为了证实这个史无前例的猜想,蒋凝领衔的研究团队以及国际上的多个团队正在开展后续的多波段观测,其中射电波段跟踪观测是重要的一部分。由于该候选体的射电辐射极其微弱,只有借助拥有极高分辨率和灵敏度的射电望远镜阵列才能对其进行进一步观测。

  于是,在获知这一发现后,安涛及其团队立即使用甚长基线干涉测量技术对该候选体进行了观测研究。简单来讲,甚长基线干涉测量技术是将几台独立的射电望远镜,通过组合形成一个大型射电望远镜阵列。而这台组合而成的“巨大望远镜”,其分辨率会随着望远镜之间距离增大而逐渐提高,即望远镜之间相距越远,分辨率越高。据安涛介绍,一般而言,望远镜之间的距离过远,会导致彼此间的信号传输不稳定,给后期的信号合成造成困难。但甚长基线干涉测量技术能够将每个望远镜观测到的数据进行独立记录,并汇总到一个数据中心进行分析,后期再利用特殊手段将各个望远镜的数据对齐合成,使得望远镜即使分布于全球各大洲,也不必担心受到信号传输距离的影响。

  对双黑洞系统的研究才刚刚开始

  蒋凝及安涛团队的一系列研究只是一个起点。超大质量双黑洞并合会产生什么结果?没有人敢下定论。释放引力波当然是最有可能的结果之一。但是不同于质量较低的双黑洞并合所引发的引力波,超大质量双黑洞并合所产生的引力波频率不在地面引力波探测器——激光干涉引力波天文台的探测范围内。不过,科学家也并非毫无办法,对于百万倍太阳质量的超大质量双黑洞并合事件,其辐射的引力波频率在毫赫兹频段,我国的“天琴”“太极”和欧洲LISA项目等未来空间低频引力波探测器都可以对其进行探测。但对于几亿到几十亿倍太阳质量的超大质量双黑洞并合产生的引力波,其频率更低,往往在纳赫兹到微赫兹之间,只能通过脉冲星计时阵列进行探测。

  在安涛看来,他们的研究才刚刚开始,“我们的第一轮观测主要是为以后的研究提供最初的基准和参照。”在接下来的几年内,研究团队将持续对这个双黑洞系统进行射电谱和甚长基线干涉测量技术成像观测,为跟踪超大质量双黑洞并合前最后时刻的活动性提供关键的观测信息,以及与并合后的射电观测相比较,以期能够完整了解超大质量双黑洞并合全过程。而蒋凝与安涛也都在得出相关结果后,不约而同地在第一时间将结果与国际天文界的同行们进行了分享,希望国际天文学家共同加入,来进一步研究和检验这个非同寻常的发现。安涛说:“这个候选体的发现和研究,对于进一步理解黑洞和星系演化非常重要,我们把结果分享出去,大家一起去努力探索,无论谁有了后续结果,都是人类探索宇宙未知的进步。”

  来源:科技日报

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厉害了!10辆汽车中有8辆装有曲阜这家公司的产品
现在,汽车成为家家户户的标配。在曲阜,有这么一家企业,历经五十载奋斗,成为行业细分领域“小巨人“,10辆汽车中有8辆汽车装有这个企业的产品,来看看他们是怎么做到的。
半个世纪前,曲阜天博汽车零部件制造有限公司(以下简称曲阜天博)前身曲阜汽车配件厂从明故城一条狭长的商业小街出发,投身于汽车市场的广阔海洋,时隔漫漫50载,如今已然成为汽车行业细分领域的“小巨人”。曲阜天博正以“一叶扁舟”的执着精神追求着“双百梦”,凭借每10辆汽车中就有8辆车装有天博产品的市场占有率,今年曲阜天博成为“好品山东”第一批上榜企业。

将不可能转为可能 提前交付江西订单
3月31日,曲阜疫情防控的关键期,曲阜天博被划入封控区域原地静止。此时,一张协调函从江西省南昌市工信局遥遥一千公里送抵济宁市工信局,江铃汽车想赶紧拿到一批负压急救车的温控器,因为这是援沪物资。
负压急救车又被称为“最强的口罩”,是疫情防控期间重要的物资装备。“这批温控器是整辆急救车温控系统的核心,没有它,负压急救车寸步难行。
“凭借以往经验,我们告知江铃汽车筹备进度,并把订单内容上报至济宁市工信局。同时选调最优秀的工程师和技术工人组成生产小队,分配好任务工期,为这批订单做好所有保障工作。”曲阜天博总经理王立峰说。
生产小队全员驻守不离厂,吃睡在车间,两个多星期没回过家,保质保量地完成了这批订单。“情况紧急,大家伙儿睡觉就打地铺,衣服往身上一搭,一睁眼醒来就干活,直到把江铃汽车需要的零件加班加点地生产出来。当所有温控器提前发往南昌时,生产小队的成员们没有言苦说累,只有满满的自豪感。”王立峰说,零件虽小,但对负压急救车来说不可或缺。当时所有人只有一个信念,多做一个零部件,就多一辆车,就可以让更多患者得到救治。
王立峰介绍,“这是企业发展历程中众多微不足道的小事之一,但其中蕴含着曲阜天博发展的秘诀,那就是将不可能转化为可能。在诸多的新项目中,我们与国际同行或行业领跑者共舞,这种竞争绝不仅仅是靠成本,在实物质量、快速反应和客户意识上都是下了很大功夫的,所以企业才能不断进步。”

两个项目竞标 成功敲开国际市场大门
曲阜天博是全国最大的感温控温元件生产基地,目前全国销量前30位的车企,平均每10辆车就有8辆用到天博的产品。曲阜天博原董事长吕新民介绍,能取得如此业绩源于30年前那场竞标,那是打下曲阜天博江山的重要节点,亦是从中国市场迈向国际市场的“敲门砖”。
1992年,吕新民了解到东安动力需要大量的机油压力报警器,便前往哈尔滨登门拜访,却遭遇迎头一棒,几句话就被对方给打发了。当时东安动力已与中国航空航天部沈阳的一家国字号供应商合作。
没有灰心的吕新民组织了一个工作小组,专门负责攻坚东安机油压力报警器。当年冬天,工作小组再次来到零下30摄氏度的哈尔滨,把第一批样品送到东安动力,但第二次又被婉拒。
随后的数年里,吕新民继续跟进东安机油压力报警器,并同期进行“跑车实验”,掌握大量的实验数据。1997年,曲阜天博的团队再次带着产品样本和大量实验数据来到东安动力时,对方终于签署认可证书,东安动力成为天博机油压力报警器的第一个配套主机厂。
吕新民说:“接触之初,东安动力仍对天博产品质量有疑虑,后来,天博团队呈上油压报警器装机跑车实验数据时,让对方大为惊叹,直呼比他们的数据还要细致。曲阜天博做事的认真程度和依据数据说话的客观态度,促成了这次合作。”
曲阜天博成名的另一战是有关调温器的竞标,“竞标就像打仗,不到最后不知输赢。”王立峰说。2005年,他带队参加上汽通用五菱有关调温器产品的竞标。“我们团队做的PPT很具象,自动化的生产线配有动画解释,连机器的声音都听得清清楚楚。”王立峰说,这种用心的准备引起五菱采购总监的兴趣。
“我尽可能详尽地汇报,但不仅局限于调温器。他们说五菱使用的是美国通用设计的发动机时,我说可能未来那也会用到天博产的热敏开关。原定5分钟的汇报,我们一来一回交流了40多分钟。经过价格拉锯战,成功把五菱拿下了。”王立峰说。
上述两个项目的竞标成功,为后来曲阜天博进入上汽通用奠定基础,也为连下奇瑞和大众“两城”做足了准备。

通过国际体系认证 天博制造变成创造
50年来,曲阜天博专注汽车感温元件的研究,创造出数个“第一只”产品。尽管如此,想要迈出国门,还要得到国际市场的认可。
2003年,曲阜天博推进ISO/TS16949体系认证,陆续敲开国际市场的大门。
当时,国外认证公司审核员认为曲阜天博没有设计责任。通用中国的审核代表张先生提醒说:“曲阜天博拥有非常专业的设计能力,客户大多是把总成图纸交给天博,细节由天博设计。如果体系认证书上不加上‘设计责任’的话,天博就成了一个零部件加工厂,这不是太亏了吗?”
王立峰介绍,经过再三权衡,曲阜天博决心向认证公司提出要求,通用中国的张先生给BSI(英国标准协会)总部写了封邮件,说明天博公司有设计责任。BSI总部派遣技术专家到天博督导审核,经过三天的审核,技术专家认为天博公司的确有设计责任,他们的零部件不仅是制造,更是天博的设计,是中国创造。
2014年研制出干簧管式刹车灯开关;2017年研制山东首台干簧式空挡开关;2018年研制出山东第一款新能源汽车热管管理系统;2019年研发出山东第一台机油压力传感器;2020年新研制出山东首台电子水阀……按照“专业化的天博、国际化的天博”的企业愿景,从零到一,从国内到国外,天博的国际业务在不断发展,早已“一只脚迈出国门”,先后实现与美国哈雷、美国通用、法国PSA(标致雪铁龙集团)等国际OEM(供应商按汽车厂的要求制作零部件)配套。如今,天博公司已经成为国内最大的汽车感控温元件专业公司。

老树新枝华丽转身 奔向新“双百”目标
汽车业在飞速驶过百年之后,今天凭借计算机信息技术和人工智能的加持,正进行一场神奇的自我演变——更安全、更环保、更舒适、更智能。“软件定义汽车”已经成为时代发展趋势,汽车智能的新时代正在加速向人们奔来。天博人也在思考、在探索、在布局,以应对即将到来的新挑战,拥抱新时代。
天博将秉承“感知引领未来”的企业使命,接续半个世纪的坚守、拼搏、转变,与汽车“智能化、电动化、网联化”发展脉搏一起跳动,围绕“要发展更要长久”的目标,深入推进国际化战略,力争早日实现国际主流汽车全球供货。
“企业的竞争归根结底是产品的竞争。”曲阜天博董事长吕亚玮说,天博着力打造“三层业务链”,巩固主导产品调温器、机油压力开关、温度传感器等产品的国内领先地位;推动温度传感器类产品从低温、中温向高温发展,实现新的经济增长点;培育种子业务,研发集成热管理模块、压力传感器等产品,储备高技术产品,增强发展后劲。实现由零件向部件再向系统转变的过程,锤炼更加先进的生产工艺与质量管理体系,在汽车感知领域不断向客户推出优质的产品和服务,为推动行业发展注入新的活力。今后继续以智为引、筑梦前行,致力于建设一家专业化、国际化的全球汽车零部件企业,在变化中寻找机遇,创造财富,实现天博“双百梦”。

来源:齐鲁壹点


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