NASA公開了一個(gè)很酷的可視化圖像，展示了兩個(gè)巨大的黑洞在令人眩暈的光芒中互相圍繞對(duì)方旋轉(zhuǎn)。巨大的引力和其他現(xiàn)象促成了這個(gè)迷人的展現(xiàn)?？纯催@兒。

黑洞是宇宙中最迷人而復(fù)雜的現(xiàn)象。黑洞的引力大到光都無(wú)法逃脫。黑洞多種多樣，在2021年4月NASA公布了一組關(guān)于雙黑洞的可視化圖像。兩個(gè)黑洞沿著重力中心的軌道互相圍繞旋轉(zhuǎn)，跳了一曲宇宙舞。可視化圖像中展示的這兩個(gè)黑洞比太陽(yáng)的質(zhì)量還要大上百萬(wàn)倍。每個(gè)黑洞都被吸積盤——一種由炙熱氣體組成的圓盤環(huán)繞著。在圖像中，黑洞的引力使從他們各自的吸積盤發(fā)出的光扭曲，創(chuàng)造了一場(chǎng)美麗的光影秀。其他的相對(duì)現(xiàn)象也為這場(chǎng)光影秀做出了貢獻(xiàn)。

這是怎么發(fā)生的？

當(dāng)你從軌道平面觀察的視線與自轉(zhuǎn)軸垂直，他們就會(huì)呈現(xiàn)一個(gè)雙重膨脹的效果，令人想到從邊緣，環(huán)平面上下觀察土星。一個(gè)平的圓盤，頂部與底部皆有巨大隆起。

兩個(gè)圍繞對(duì)方旋轉(zhuǎn)的黑洞的可視化圖像。有著紅色堆積層圓盤的更突出的那個(gè)的質(zhì)量是太陽(yáng)質(zhì)量的兩千萬(wàn)倍，它的引力大到它身后小一點(diǎn)的黑洞的吸積盤散發(fā)的光都被扭曲。它的色彩受溫度影響，藍(lán)色的吸積盤更熱，紅色的更冷。圖源：NASA/ Goddard Space Flight Center/ Jeremy Schnittman/ Brian P. Powell.

這是兩個(gè)黑洞以及其吸積盤的正面俯視圖。較大的黑洞小且扭曲的邊界出現(xiàn)在較小的黑洞附近，較小的黑洞類似圖像出現(xiàn)在較大的黑洞的內(nèi)光環(huán)附近。實(shí)際上，我們同時(shí)從側(cè)面和上方都看到了兩個(gè)黑洞。 圖片來(lái)自美國(guó)宇航局/戈達(dá)德太空飛行中心/杰里米·史尼特曼/布萊恩·鮑威爾。

當(dāng)一個(gè)黑洞經(jīng)過另一個(gè)黑洞面前時(shí)，以我們的視角來(lái)看，距我們更近的黑洞的強(qiáng)烈引力使位于后方的黑洞散發(fā)出的光線扭曲。隨著它們的移動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生一系列迅速變換的彩色弧線。兩個(gè)黑洞所發(fā)出的光線都被其周圍的扭曲結(jié)構(gòu)的時(shí)空所改變。

這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)者、NASA戈達(dá)德航天中心的一名天體物理學(xué)家Jeremy Schnittman說(shuō)：

我們目睹到兩個(gè)超級(jí)黑洞，其中較大的有兩億個(gè)太陽(yáng)那么重，而較小的質(zhì)量是它的一半。這是一種黑洞雙子系統(tǒng)，我們認(rèn)為這兩個(gè)黑洞都可以維持?jǐn)?shù)百萬(wàn)年的吸積盤。

在這個(gè)視角中，來(lái)自吸積盤的光是明亮的藍(lán)色或紅色。這使它們更容易被辨別出，但也描繪了每個(gè)吸積盤的不同溫度。溫度較高的氣體是藍(lán)色，而較低的是紅色。兩個(gè)吸積盤中的大部分光線是通過紫外線部分發(fā)射的電磁頻譜，而不是在可視光下。

更強(qiáng)的引力作用通常也會(huì)產(chǎn)生更高的溫度，所以吸積盤在一種視角下會(huì)顯得更明亮（最靠近各自孔洞的一邊）。這是由于重力扭曲了來(lái)自吸積盤不同部分的光線。多普勒增強(qiáng)效應(yīng)，通常也被稱為相對(duì)論光束，在光線亮度的變化上也起著重要作用：在黑洞周圍移動(dòng)地更快的氣體會(huì)影響吸積盤的亮度，因此朝向觀察者旋轉(zhuǎn)的一側(cè)看起來(lái)更亮，而遠(yuǎn)離觀察者旋轉(zhuǎn)的一側(cè)看起來(lái)更暗。

Jeremy Schnittman發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)黑洞互相圍繞著運(yùn)行的神奇現(xiàn)象，他是NASA戈達(dá)德航天中心的一名天體物理學(xué)家。圖源：NASA/GSFC

另一個(gè)促成這幅圖像的現(xiàn)象是相對(duì)論畸變，即當(dāng)黑洞向觀測(cè)者方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)顯得較小，而向遠(yuǎn)離觀測(cè)者方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)顯得較大。這聽起來(lái)有點(diǎn)反直覺，但自然界就是這么奇特。

如果從上方而不是側(cè)面看一個(gè)黑洞，會(huì)發(fā)生什么？

上述那些古怪的視覺效果消失了，而新的奇異現(xiàn)象出現(xiàn)了。每個(gè)黑洞都會(huì)制造出一個(gè)繞其運(yùn)行的另一個(gè)黑洞的形象的小號(hào)復(fù)制品，有點(diǎn)像從一顆恒星正上方看到的繞其運(yùn)行的行星。但這個(gè)小號(hào)復(fù)制品的影像展示的卻是其伙伴黑洞的側(cè)面像（就是我們之前從側(cè)面看到的那樣）而不是從上方看到的樣子。怎么會(huì)這樣？其原理是從黑洞吸積盤上發(fā)出的光被引力彎曲了90度。這意味著我們可以同時(shí)看到主黑洞吸積盤的上視圖以及其伙伴黑洞的稍小的側(cè)視圖。怎么會(huì)怎么怪異？Schnittman說(shuō)：

這幅新圖像的一個(gè)突出的特點(diǎn)就是它與通過引力透鏡拍攝的照片的相似性。放大每一個(gè)黑洞的圖像都能看出其伙伴黑洞多重的、越來(lái)越扭曲的影像。

研究人員利用位于NASA氣候模擬中心的“發(fā)現(xiàn)”號(hào)超算創(chuàng)作了這幅圖像。使用常見的桌面電腦，這大約要花10年時(shí)間，而使用“發(fā)現(xiàn)”號(hào)超算，盡管只使用了其12萬(wàn)9千顆核心處理器的2%，也只用了一天時(shí)間就完成了。

其成果即你現(xiàn)在看到的這個(gè)雙黑洞起舞的影像。

這是有史以來(lái)第一張直接成像的黑洞圖像，由科學(xué)家于2019年四月公布。這張圖像展示了在黑洞周圍高強(qiáng)度引力作用下發(fā)生彎曲的光形成的明亮的環(huán)，該黑洞質(zhì)量大概是太陽(yáng)質(zhì)量的65億倍。這個(gè)黑洞位于M87星系中央，距地球5500萬(wàn)光年。圖源：事件視界望遠(yuǎn)鏡合作組織。

2019年4月，天文學(xué)家拍攝了第一張直接成像的黑洞圖像。其中的亮環(huán)是光在黑洞巨大引力作用下發(fā)生了彎曲產(chǎn)生的。這個(gè)黑洞位于M87星系中央，質(zhì)量大概是太陽(yáng)質(zhì)量的65億倍。顯示了此黑洞磁場(chǎng)的升級(jí)版照片，幾周前也被公布。

總結(jié)：NASA公開了一個(gè)很酷的可視化圖像，展示了兩個(gè)巨型黑洞在其吸積盤產(chǎn)生的令人眩暈的光芒中互相圍繞對(duì)方旋轉(zhuǎn)。

BY：Paul Scott Anderson，

FY：Astronomical volunteer team

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