針對近紅外光譜分析屬于微弱信號與多元信息處理的特點(diǎn)，基于全息凹面光柵理論，采用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件CODEV,從初始結(jié)構(gòu)出發(fā)，利用軟件強(qiáng)大的全局優(yōu)化功能，設(shè)計(jì)出一種用于近紅外光譜儀的平場全息凹面光柵，成功地減小了像差，解決了寬光譜、窄譜面展寬的矛盾，并充分利用了光譜信息，是一種高效率的分光光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。利用CODEV軟件，不需要求解復(fù)雜的像差方程，能對結(jié)果進(jìn)行迅速評價(jià)，并可在設(shè)計(jì)中同時(shí)兼顧平場和提高分辨率的要求，極大地提高了工作效率。

　　一直以來，天文學(xué)家們一直都知道在M87星系的存在一個(gè)超大質(zhì)量黑洞，學(xué)術(shù)界則意見不一。一些意見認(rèn)為這個(gè)黑洞大約具有30億個(gè)太陽質(zhì)量

　　"不過這還有很大的不確定性，"吉布哈特說。近日，他和他的同事們正式宣布了他們使用更的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果。這些數(shù)據(jù)來自夏威夷雙子天文臺(tái)以及麥克唐納天文臺(tái)的觀測。計(jì)算顯示，M87中央黑洞的質(zhì)量不會(huì)小于66億倍太陽質(zhì)量，誤差正負(fù)4億倍太陽質(zhì)量。

　　對于一個(gè)距離我們僅有5000萬光年的星系，這個(gè)消息不壞。

　　吉布哈特在此間正在西雅圖召開的美國天文學(xué)會(huì)（AAS）冬季會(huì)議上對記者表示："在離開我們這么近的距離上，存在這樣的大質(zhì)量星系和黑洞，非常令人激動(dòng)。你知道，這個(gè)距離真的就相當(dāng)于是我們的后院一樣。"

　　這項(xiàng)研究已經(jīng)被《天體物理學(xué)雜志》接受，即將發(fā)表。

　　這是一幅藝術(shù)想象圖，模擬的是未來當(dāng)我們的技術(shù)可以允許我們看到M87時(shí)將會(huì)看到的景象。大量氣體圍繞在中央黑洞周圍的吸積盤上，不斷流向黑洞視界范圍內(nèi)。圖像中間的黑色部分就是黑洞本身，即視界定義的范圍，在這一范圍以內(nèi)，任何物質(zhì)都無法逃逸。

　　這是其中一個(gè)新近發(fā)現(xiàn)的"雙黑洞".左側(cè)的圖像來自斯隆數(shù)字巡天項(xiàng)目（SDSS）。而右側(cè)的圖像來自凱克天文臺(tái)，其分辨率允許辨別出兩顆緊靠在一起的活動(dòng)星系核，它們的強(qiáng)大能量來自黑洞的驅(qū)動(dòng)。

　　觀測和計(jì)算過程

　　吉布哈特的小組運(yùn)用了雙子望遠(yuǎn)鏡上的一種設(shè)備，名為"近紅外場光譜儀".它能測量圍繞黑洞運(yùn)行的恒星的速度。自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)是一種通過計(jì)算機(jī)控制的微調(diào)系統(tǒng)，從而大幅提高地面望遠(yuǎn)鏡的成像質(zhì)量。

　　而另一方面，吉布哈特的同事，他的研究生杰里米·穆菲（Jeremy Murphy）則在麥克唐納天文臺(tái)，使用哈蘭·史密斯望遠(yuǎn)鏡上的一臺(tái)設(shè)備來追蹤M87星系外緣恒星的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。VIRUS-P光譜儀收集"天空的星光",并判斷這整個(gè)星系的總質(zhì)量，包括圍繞星系邊緣分布的暗物質(zhì)。計(jì)算的結(jié)果是5.7萬億倍太陽質(zhì)量。

　　所有這些結(jié)果被輸入計(jì)算機(jī)以便生成一個(gè)電腦模型，的計(jì)算結(jié)果是一個(gè)約66億倍太陽質(zhì)量的黑洞，視界直徑達(dá)200億公里。"這差不多是冥王星軌道距離的三倍，這個(gè)黑洞能毫不費(fèi)力地吞下整個(gè)太陽系。"

　　吉布哈特表示，他的小組的工作顯示了我們有能力判斷遙遠(yuǎn)星系中黑洞的質(zhì)量，只要我們能運(yùn)用高的設(shè)備測量出其周圍的恒星運(yùn)動(dòng)數(shù)值。他說："這給了我們信心去對更遙遠(yuǎn)的星系進(jìn)行測量研究。"

　　其中就有這樣一個(gè)星系，距離地球達(dá)35億光年，據(jù)稱含有一個(gè)180億倍太陽質(zhì)量的黑洞。如果被證實(shí)，這將使M87中央的超大質(zhì)量黑洞相形見絀。但是目前的這一估算值是建立在間接的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上的，吉布哈特希望他能運(yùn)用手的測量數(shù)據(jù)去做出更好的判斷。

　　直接觀測黑洞的嘗試

　　正如許多科幻迷們所熟悉的，黑洞是一種超級致密的奇異天體。黑洞可能形成于恒星生命的急速塌縮，或成為星系的超大質(zhì)量。目前，天文學(xué)家們已經(jīng)觀測到似乎源自黑洞的噴流和輻射現(xiàn)象，甚至還觀測到了圍繞黑洞運(yùn)行的炙熱氣體吸積盤。但至今尚沒有一起黑洞的直接觀測記錄。

　　"目前尚沒有直接的證據(jù)證明黑洞確實(shí)存在，就觀測證據(jù)而言，是一片空白。"吉布哈特在雙子天文臺(tái)的一場發(fā)布會(huì)上說。"在現(xiàn)階段，為了確認(rèn)黑洞的存在，我們采用的是排除法。也就是說，對于某些天文現(xiàn)象，除了黑洞，其他解釋看起來真的站不住腳。"

　　吉布哈特很希望自己能直接看到黑洞，或僅僅是它的視界邊界也行。我們所在的銀河系中心也有一個(gè)黑洞，不過要小得多，可能僅有400萬倍太陽質(zhì)量。這僅僅相當(dāng)于M87中央黑洞估算值正負(fù)誤差范圍的1%.

　　不管你信不信，一些天文學(xué)家正在謀劃著實(shí)施一個(gè)宏偉的計(jì)劃，名為"視界望遠(yuǎn)鏡"（Event Horizon Telescope），其目標(biāo)就是對銀河中央的黑洞進(jìn)行觀測。這項(xiàng)計(jì)劃需要調(diào)動(dòng)甚長基線干涉儀（VLBI）的全部射電望遠(yuǎn)鏡，并采用亞毫米波接收器。這樣就有可能獲得銀河中央黑洞視界范圍的圖像。

　　"我們還需要兩三年時(shí)間來實(shí)施這個(gè)計(jì)劃，"吉布哈特說。并且當(dāng)視界望遠(yuǎn)鏡準(zhǔn)備就緒時(shí)，他希望M87將成為候選目標(biāo)。"這可是目前我們所知清晰，的黑洞候選目標(biāo)。"