簡(jiǎn)介：2019年事件視界望遠(yuǎn)鏡發(fā)布了通過(guò)干涉測(cè)量技術(shù)合成的首張黑洞圖像。其展示了由于引力彎曲導(dǎo)致光子掉落視界周?chē)@一現(xiàn)象，研究人員正嘗試在新的研究中結(jié)合EHT圖像與光子環(huán)的特征，進(jìn)一步揭示黑洞的奧秘。

在2019年4月，事件視界望遠(yuǎn)鏡發(fā)布了全球第一張黑洞影像，這是里程碑式的一大進(jìn)步。這一成就醞釀了數(shù)十年之久并且引發(fā)了國(guó)際媒體的高度關(guān)注。該影像是干涉法測(cè)量技術(shù)的成果，通俗的說(shuō)也就是世界各地的天文臺(tái)將他們的望遠(yuǎn)鏡射出的光結(jié)合在一起，共同組成的一張合成圖像。

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這個(gè)影像證實(shí)了天文物理學(xué)家長(zhǎng)期以來(lái)的對(duì)極端的引力彎曲會(huì)造成光子落在黑洞邊界周?chē)纬梢环N環(huán)繞它們的白色光環(huán)的一種猜測(cè)。在2019年4月初，一個(gè)來(lái)自哈佛—史密森天體物理中心（CfA）的研究觀察組發(fā)布了一項(xiàng)新的研究調(diào)查，其說(shuō)明了黑洞影像如何揭示黑洞內(nèi)部復(fù)雜的子結(jié)構(gòu)。

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這項(xiàng)被命名為“黑洞光子環(huán)的普遍干涉特征”的研究，形象的描述了他們的發(fā)現(xiàn)，并且發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》的雜志上。該團(tuán)隊(duì)是由邁克爾·約翰遜領(lǐng)導(dǎo)的，他是一位哈佛—史密森天體物理中心的天體物理學(xué)家，并且團(tuán)隊(duì)成員都是從哈佛黑洞計(jì)劃（BHI）的誘導(dǎo)成員、洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、普林斯頓理論科學(xué)中心和多個(gè)大學(xué)招募的。正如約翰遜在這一次CfA新聞發(fā)布會(huì)上所解釋的那樣：

“黑洞的圖像事實(shí)上包含了一系列嵌套的環(huán)，每一個(gè)連續(xù)的環(huán)大概都有相同的直徑，但由于它的光繞黑洞旋轉(zhuǎn)的時(shí)間比到達(dá)觀測(cè)點(diǎn)的時(shí)間長(zhǎng)，所以變得越來(lái)越尖銳。在當(dāng)前的EHT圖像中，我們僅僅只是看見(jiàn)了任何黑洞圖像中應(yīng)該出現(xiàn)的復(fù)雜度?！?/span>

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廣義相對(duì)論告訴我們，引力場(chǎng)改變了時(shí)間和空間的曲率。那么就以黑洞為例，這種效果是極端的，甚至可能造成光（光子）在黑洞周?chē)洹?/span>這些光子在正在下落的氣體和塵埃形成的明亮光環(huán)上投下陰影，這些氣體和塵埃會(huì)在黑洞的引力作用下加速到相對(duì)論速度。

在這個(gè)陰影區(qū)域的周?chē)且粋€(gè)“光子環(huán)”，它是由黑洞附近的強(qiáng)引力所聚集的光子產(chǎn)生的。這些環(huán)可以告訴天文學(xué)家許多關(guān)于黑洞的信息，因?yàn)樗拇笮『托螤罱沂玖撕诙醋陨淼馁|(zhì)量和旋轉(zhuǎn)狀態(tài)（又名“自旋”）。因?yàn)镋HT圖像的出現(xiàn)，現(xiàn)在的黑洞研究人員有了可以研究黑洞的工具。

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顯示黑洞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的注釋圖像。資料來(lái)源:George Wong (UIUC)和Michael Johnson (CfA)

自20世紀(jì)50年代以來(lái)，天文學(xué)家通過(guò)研究它們對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，對(duì)它們了解了很多。換句話說(shuō)，在此之前，天文學(xué)家們對(duì)黑洞的研究在本質(zhì)上是間接性和理論性的，但有了拍攝這些天體圖像的能力，天文學(xué)家終于可以直接研究它們并收集真實(shí)數(shù)據(jù)。

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黃萬(wàn)長(zhǎng)是一名伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的物理學(xué)研究生，他負(fù)責(zé)研發(fā)一種模擬黑洞圖像的軟件。該軟件允許拍攝計(jì)算迄今為止分辨率最高的圖像，并允許他們的團(tuán)隊(duì)將其分解為預(yù)測(cè)的子圖像序列。正如黃萬(wàn)長(zhǎng)所說(shuō)的：

“把來(lái)自不同領(lǐng)域的專(zhuān)家聚集在一起，使我們能夠真正地把對(duì)光子環(huán)的理論理解與觀測(cè)的可能性聯(lián)系起來(lái)，并且一開(kāi)始的傳統(tǒng)的紙筆計(jì)算會(huì)促使我們將模擬推向新的極限”。

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然而，令研究人員特別驚訝的是那些黑洞圖像揭示的子結(jié)構(gòu)，因?yàn)橥ㄟ^(guò)知道這些子結(jié)構(gòu)可以為黑洞的科研提供多么好的機(jī)會(huì)。雖然它們所揭示的子帶通常在圖像上且肉眼是看不見(jiàn)的，但在使用干涉測(cè)量法的望遠(yuǎn)鏡陣列觀測(cè)中，它們會(huì)產(chǎn)生非常清晰的脈沖信號(hào)。

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美國(guó)宇航局可視化的黑洞(注釋)。資料來(lái)源:美國(guó)宇航局戈達(dá)德太空飛行中心/杰里米·施尼特曼

這為天文學(xué)家提供了一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的方法來(lái)擴(kuò)展EHT迄今為止所進(jìn)行的工作?！半m然通常拍攝黑洞圖像需要許多分布式望遠(yuǎn)鏡，但子帶非常適合只使用兩個(gè)相距很遠(yuǎn)的望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行研究”約翰遜說(shuō)到“所以在EHT上添加一個(gè)太空望遠(yuǎn)鏡足夠了?！?/span>

天文學(xué)和天文物理學(xué)領(lǐng)域有了許多次重大發(fā)現(xiàn)，例如：第一次對(duì)星際物體的觀測(cè)，對(duì)引力波的確認(rèn)，以及對(duì)黑洞的第一次直接觀測(cè)，這些“第一次”的發(fā)現(xiàn)使科學(xué)家們有望解開(kāi)一系列宇宙之謎。

該團(tuán)隊(duì)的研究部分是由NASA、國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)、能源部(DoE)和多個(gè)科學(xué)研究基金會(huì)提供的資助實(shí)現(xiàn)的。

FY：Pfeiffer Li

作者：universetoday- Matt Williams

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