#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#

林先生的缺点吗?
准确的说有缺点有优点(正确的废话[doge])

①最近酝酿我最爱的离家出走梗,一篇是『初次』,一篇是『屡次』[doge]

②基于惊蛰微博https://t.cn/A6XzZ8xa中的错误示例,此处有个正确示范。对于林先生一开始啥啥都爱管我并唠唠叨叨,我是这样解决的[doge]

【与林先生的日常九万字】㉚


刚认识那两年,林先生有一个执念。就是我作为他女朋友,如果我出现了一切不符合正常生活规律(他认为)的情况,他会觉得这是他的错,是他没带好我没管好我。更甚者,他认为别人也会这样想。

这就导致他特别喜欢在各方各面管着我,大男子主义爆棚。但就算他说的是对的,我也不愿意听。

关于sp,从我刚认识他的时候我就开始给他渗透。后来随着时间推移,他get到了我渴望被管着这个点。也许是他本人天生就爱管人,他在关于sp这方面一点就通。更以他比我大为由,唠唠叨叨特别爱管我。


以上的具体表现包括但不限于,吃饭前不能吃零食,不能一边吃饭一边溜号,关了灯不能玩手机,不能一边看书一边吃东西。但他不会因为这些事情拍拍,只会端起他大家长的架势,说,“你这样特别不听话,”

虽然大概也许可能他是对的,但这么规律的生活让我觉得不快乐,同时他让我感觉很啰嗦很烦。


我本着除了挨揍时,其他情况绝不服软的态度,跟他来了几轮正面battle,但均以我被他气场压制告终。


一开始,他对我的耐心并没有很高,一切的转折点源于一次去他家吃饭。

他父母拿了好多零食,然后我就吃了一些。他开始了他的唠唠叨叨,“在家怎么跟你说的,吃完零食你还能吃饭吗?”

我就很烦,但我并不理他,该吃吃该喝喝,他的话绝不往心里搁。

在他家,他比较收敛,但他爱唠叨的劲儿一上来,有事没事就爱说我两句。吃饭时候,他叨叨,“吃饭就好好吃饭,别总喝饮料”,还有“不要总盯着甜的吃,不要挑食”之类的话。

行,吃饭时候我忍了。等到吃完饭,他父母拿一些水果和酸奶,然后他挡回去,“一天天不正经吃饭,不给她吃这些。”

他父母听见他叨叨我,就会说,别啥啥都管,但他就仿佛我的代言人,并跟他父母说,“别给她”

我也不敢说话我就闷闷的坐着,他在一边继续叨叨,“现在我不说你什么,回家我再跟你好好讲讲。”

“但是你已经说很多了,没完没了的。”

我俩都觉得自己做的没错,正面battle几回合。但由于在他家,我不想表现的太明显。但后来我觉得这是个翻盘的好机会,我要把他这个爱叨叨的问题跟他父母反应一下,于是戏精上身,眼泪说来就来。

其实当时也是真的很难受。

至此,画风突变。我俩battle的重点,已经变成了“我有什么可哭的”。

他父母在接下来的时间里对他进行思想教育,我在一边煽风点火,最终以他道歉为结局。


回家之后,他问我,“今天我很过分吗?”

“唔…还行吧。”

“对不起,我以后一定注意。”

我觉得他很过分,但仅限于他说“对不起”之前。他问我的那一刻,我就会觉得也还好。毕竟我也没有那么完美,也许我很多时候的做法他也觉得不那么合适。如果他能认识到有问题,我觉得就很不错了。

闹脾气不是关键,关键是解决问题。

他会先跟我道歉,这也是他不易察觉的大男子主义的一部分,对此,他表示,“我觉得一个男生,应该先低头认错,而且没什么大不了,本来也是有做错的地方。如果让女生先服软,那男生也许要付出更多去挽回,可我不想跟你分开。”

这个理论听起来怪怪的,但是我太吃他这一套。

他比较善于反思,而且好像从这次之后,对我的耐心值直线上升。然而我本着有恩不报,有仇必复的态度,并不会这样轻易地放过他。

于是在之后,他一吃零食我就学他念叨,“吃什么零食,吃零食还怎么吃饭!”

当我俩觉得不怎么饿所以不吃饭吃水果时,我就学他念叨,“一天天不正经吃饭,不可以吃这些!”

他每次吃甜食,我也学他说话,“不能就盯着甜的吃!”

我不仅学他念叨,而且还会在后面加上一句反问,“你说我学你学的像不像,这样招不招人烦?”

几次下来,我再学他念叨的时候,他就笑,最终他屈服,并再三对他曾经的行为忏悔,我顺坡就下,并自信的警告,“你所说的话,我都会还给你。你怎么说我,我就怎么说你,哼!”

至此,他爱叨叨我吃零食的问题,告一段落。


我俩初始默契值也许不错,但仍需后天培养。在我斗智斗勇的经验积累下,重点是该说的话一定要说,该表达的情绪一定要表达。

有些话总是要说的,要是说晚了,自己得受更多委屈,所以不划算。同时我个人爱好还击,具体表现为『以牙还牙』,『阴阳怪气』,『戏精上身』。

最后,他可以并必须找借口在我需要的时候让屁股升温,但是,当只有我们两个人的时候,我会把委屈说出来,“喂!你这样我不喜欢,哼!”

还有,至关重要的,在外面我给你留足足的面子,回家再找你算账(然而他也是如此)。

以上,仅供参考[doge]

【遗体存放不到3天花费近四万,医院里为何现“天价”殡葬费?】近日,媒体曝出“北京某三甲医院收取天价殡葬费”事件引发持续关注。记者调查发现,事件中的涉事公司承接了北京多家医疗机构太平间的殡仪服务,有医院内部人士透露,此类现象并非出现在一家医院……

医院太平间里的殡葬服务费,由谁定价?背后有无监管?

遗体存放不到3天花费近四万

死者被收取“吃饭钱”,一项“感恩致孝”收费高达5990元,殡葬服务费合计高达数万元……

近日,有民众向媒体曝光,家属去世,在北京某三甲医院被收取天价殡仪服务费。其中,一位市民的亲属遗体在太平间存放不到3天时间,就花费3万8千多元。

监管部门:涉嫌存在价格违法问题

就在媒体曝光该事件后不久,民政部官方微博@民政微语发布消息称:4月8日,媒体曝出“北京某三甲医院收取天价殡葬费”舆情后,北京市市场监管执法总队会同海淀区执法大队立即出击,当天上午即赴北京大学第三医院太平间实地检查,对殡仪服务收费情况进行核实,现场调取了殡仪服务相关收费证据材料。

经初步核查,承包该医院太平间的北京天堂祥鹤殡仪服务有限公司在殡仪服务收费过程中涉嫌存在价格违法问题。

下一步,北京市市场监管执法总队将成立联合调查组,对涉案公司立案调查,尽快查清违法事实,并依法从快从严查处,切实维护群众合法权益,保障良好的殡葬消费环境。

调查:涉事公司中标北京多家医院殡仪服务

这样离谱的收费引发公众质疑。“天价”收费的标准是谁规定的?涉事的北京天堂祥鹤殡仪服务有限公司是何来头?

记者查询发现,该公司成立于2008年,注册资本为500万,所属行业为居民服务、修理和其他服务业,经营范围包含:殡葬礼仪服务;遗体搬运存放服务;殡仪馆管理服务;墓地安葬服务。信息咨询(不含中介服务);会议服务;技术推广;技术咨询;企业管理;翻译服务;零售殡葬用品。

该殡仪公司的相关负责人早前接受媒体采访时曾表示,公司是通过招投标承包的北医三院的殡仪服务。北医三院此前也对媒体称,这家殡葬公司确实是经过招投标进驻医院为逝者提供服务的。

“这是整个殡葬行业的问题,这家公司负责了多家医院的太平间,不止北医三院一家。”北京某医院一内部人士向记者透露。

记者注意到,北京大学首钢医院2021年7月的一则公示信息显示,北京天堂祥鹤殡仪服务有限公司还中标了该院的太平间殡仪服务。

11日,记者联系到了该公司内的两位工作人员,询问公司目前具体经营情况,但两人都表示自己的工作不涉及上述业务,且不清楚目前公司的具体业务运转情况。

医院里为何出现了“天价”殡葬费?

医院太平间里的“天价”殡葬费曝出后,民众不禁产生疑问:对于“身后事”,政府是否有相关服务的收费标准?殡仪服务企业漫天要价是否合法?

事实上,2018年,北京市民政局就出台了《关于进一步做好殡葬服务收费和管理工作的通知》,根据该文件,纳入定价目录范围以内的殡葬服务收费包含九类,其中殡葬基本服务收费有四类,殡葬其他服务收费有五类。

北京市部分殡葬其他服务(延伸服务)收费项目标准

殡葬基本服务收费四类,即遗体接运费、存放冷藏费、火化费、骨灰存放费,由市民政主管部门会同市价格主管部门、市财政部门共同制定。殡葬其他服务收费五类,即有偿服务公墓墓穴租赁费、管理费,遗体整容、遗体防腐、吊唁设施及设备租赁费,由市民政主管部门制定。

另外,根据上述文件,未纳入北京市定价目录的殡葬服务实行市场调节价。

据媒体报道,北医三院总务处此前曾表示,他们的收费是按照民政局殡葬管理条例规定来的。

另外,此次向媒体反应问题的两家民众的交费项目中,包括遗体存放费每天30元在内的部分项目纳入政府定价目录,而绝大多数费用则来自于其他那些名目奇葩的花式衍生项目,实行的是市场调节价。

也就是说,对一些衍生服务目前还没有明确的政府定价,涉事的企业定价有“钻空子”嫌疑。

不过,记者注意到,北京市出台的上述文件中明确提出,要遵循公平自愿原则,严禁以任何形式捆绑、分拆或强制提供服务并收费,也不得限制或采取增收附加费等方式变相限制丧属使用合法的殡葬用品。

另外,对不按价格管理政策,不实行明码标价、在标价之外加价出售商品或是强买强卖、捆绑销售等违法行为,相关法规明确提出要严肃追究相关部门或单位的主体责任及相关责任人的直接责任。

北医三院回应:配合调查,坚决整改

对于媒体报道承包北医三院太平间业务的北京天堂祥鹤殡仪服务有限公司在殡仪服务过程中收取高价殡葬费问题。

11日晚,北京大学第三医院发布说明称,院方对此高度重视,成立专门小组,积极配合政府有关部门进行深入调查,按要求坚决整改。北医三院诚恳接受社会各界监督,深刻反思,切实履职,加强管理,依法依规做好后续工作。

“身后事”监管空白亟待填补

对于中国人来说,“死者为大”一直根植于传统观念中,因此,不少民众对于身边亲属的“身后事”处理也格外重视。

承接殡葬服务,本来是一项庄严肃穆的事,但在利益的驱使下,钻法律法规的“空子”、设立名目繁多的各种服务费用、甚至收取“吃饭钱”“沐浴SPA费”……这些把敛财“黑手”伸向死者的行为,不仅是给失去亲人的家属“伤口上撒盐”,更是对于逝者的不敬。

对于这类无底线的行为,监管部门需零容忍,及时采取措施,填补老百姓“身后事”的法律法规及监管的空白!#北京三甲医院收天价殡葬费# #医院殡葬费出现上千spa费用# #如何看待医院收取天价殡葬费#


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