當(dāng)黑洞事件視界的第一張直接影像發(fā)布時(shí)，人們?yōu)檫@一科學(xué)創(chuàng)造力及這一豐功偉績(jī)驚嘆不已。雖然最終呈現(xiàn)的圖像分辨率相對(duì)較低，但得到它歷經(jīng)了無(wú)數(shù)艱辛。

圖片來(lái)源：NASA戈德達(dá)航天中心杰里米·施尼特曼(Jeremy Schnittman)

隨著技術(shù)和工藝的完善，未來(lái)的黑洞直接影像將日漸精良。NASA為慶祝其“黑洞周”而制作的高分辨率新可視化圖像向我們展示了一個(gè)正活躍地吸積的超大質(zhì)量黑洞，這或許正是我們期待看到的。

超大質(zhì)量的黑洞位于大多數(shù)大型星系的中心。至于它們是如何到達(dá)那里的，我們一無(wú)所知；是先有黑洞還是先有星系，仍是宇宙學(xué)中的一大謎。

我們只知道超大質(zhì)量黑洞的確很大，是太陽(yáng)質(zhì)量的百萬(wàn)倍甚至數(shù)十億倍；它們可以控制恒星的形成；當(dāng)它們蘇醒并開(kāi)始吞噬，它們可以成為宇宙中最明亮的物體。幾十年來(lái)，我們還弄清了它們的某些怪異動(dòng)態(tài)。

在巨大橢圓星系M87核心的超大質(zhì)量黑洞質(zhì)量大約是太陽(yáng)70億倍，如事件視界望遠(yuǎn)鏡發(fā)布的第一張圖片（2019年4月10日）所示。可見(jiàn)眉月形的光環(huán)和中心的陰影，這是在黑洞的事件視界光環(huán)和光子捕獲區(qū)引力的放大視覺(jué)影像。眉月形肇因于黑洞的自轉(zhuǎn)和相對(duì)論放射現(xiàn)象；陰影直徑大約是事件視界直徑的2.6倍。

事實(shí)上，1978年，法國(guó)天體物理學(xué)家讓·皮埃爾·盧米涅（Jean-Pierre Luminet）借助20世紀(jì)60年代的一臺(tái)洞卡計(jì)算機(jī)IBM 7040和手繪制作出了黑洞的第一張模擬圖，讓·皮埃爾·盧米涅的模擬圖與NASA的模擬圖像看起來(lái)仍極為相似。

在兩個(gè)模擬圖中（上面的是新的模擬圖，下面的是盧米涅做的圖），您能看到中間的一個(gè)黑色圓圈。那就是事件視界，在該點(diǎn)，電磁輻射（光，無(wú)線電波，X射線等）無(wú)法達(dá)到逃離黑洞引力的速度而無(wú)力逃脫。

圖片來(lái)源：讓·皮埃爾·盧米涅

橫穿黑洞中間的是圍繞黑洞旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)圓盤(pán)的前部，就像水排入排水溝一樣。它通過(guò)摩擦產(chǎn)生強(qiáng)烈的輻射，我們可以用望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到這一部分——這就是您在M87*的圖像中看到的。

您可以看到光子環(huán)，這是事件視界周圍的完美光環(huán)。您還可以看到黑洞周圍有一大片光。這光實(shí)際上是從黑洞后面的吸積盤(pán)部分發(fā)出來(lái)的；但是引力是如此之強(qiáng)，即使在事件視界之外，它也會(huì)扭曲時(shí)空并彎曲黑洞周圍的光路。

您還可以看到吸積盤(pán)的一側(cè)比另一側(cè)更亮。這種效應(yīng)稱為相對(duì)論性射束，它是由圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)引起的。朝我們移動(dòng)的圓盤(pán)部分更亮，因?yàn)樗乃俣冉咏馑?。這種移動(dòng)使光的波長(zhǎng)頻率發(fā)生變化。這就是多普勒效應(yīng)。

這種移動(dòng)具有相反的效果，因此，遠(yuǎn)離我們的那一側(cè)是暗淡的。

模擬大麥哲倫云前方有黑洞的影像圖。請(qǐng)注意重力透鏡效應(yīng)產(chǎn)生兩個(gè)高度扭曲的星云圖像。在頂端出現(xiàn)被扭曲成弧形的銀河盤(pán)面

盧米涅（Luminet）2018年在一篇論文中寫(xiě)道：“這種明顯的光度不對(duì)稱性正是黑洞的主要特征，黑洞是唯一能夠使吸積盤(pán)內(nèi)部區(qū)域的旋轉(zhuǎn)速度接近光速，從而產(chǎn)生非常強(qiáng)的多普勒效應(yīng)的天體?！?/p>

這樣的模擬圖像可以幫助我們了解超大質(zhì)量黑洞周圍的極端物理現(xiàn)象，并且在我們觀察M87 *圖像時(shí)，能幫助我們理解該圖中的事物。

相關(guān)知識(shí)

黑洞（英語(yǔ)：black hole）是時(shí)空展現(xiàn)出引力的加速度極端強(qiáng)大，以至于沒(méi)有粒子，甚至電磁輻射，像是光都無(wú)法逃逸的區(qū)域。廣義相對(duì)論預(yù)測(cè)，足夠緊密的質(zhì)量可以扭曲時(shí)空，形成黑洞；不可能從該區(qū)域逃離的邊界稱為事件視界 （英語(yǔ)：event horizon）。雖然，事件視界對(duì)穿越它的物體的命運(yùn)和情況有巨大影響，但對(duì)該地區(qū)的觀測(cè)似乎未能探測(cè)到任何特征。

圖解：藝術(shù)家筆下的黑洞。

在許多方面，黑洞就像一個(gè)理想的黑體，它不反光。此外，彎曲時(shí)空中的量子場(chǎng)論預(yù)測(cè)，事件視界發(fā)出的霍金輻射，如同黑體的光譜一樣，可以用來(lái)測(cè)量與質(zhì)量反比的溫度。在恒星質(zhì)量的黑洞，這種溫度高達(dá)數(shù)十億K，因此基本上無(wú)法觀測(cè)。

參考資料

1.WJ百科全書(shū)

2.天文學(xué)名詞

3. MICHELLE STARR-柒月未央

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參考資料

1.WJ百科全書(shū)

2.天文學(xué)名詞

3.原文來(lái)自：https://www.sciencealert.com/this-new-nasa-visualisation-of-a-black-hole-is-so-beautiful-we-could-cry?perpetual=yes&limitstart=1

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