去年4月，一張“高糊”的黑洞照片橫空出世，給大家留下了一個(gè)紅色甜甜圈的印象。
將近一年之后，3月18日，哈佛-史密森天體物理學(xué)中心在《科學(xué)-進(jìn)展》期刊上發(fā)表了關(guān)于這張歷史性照片的最新細(xì)節(jié)模擬。照片上看似只有一個(gè)光環(huán)，其實(shí)是由無數(shù)子光環(huán)嵌套而成的，這也符合廣義相對論的預(yù)言。
領(lǐng)導(dǎo)該項(xiàng)研究的邁克爾?約翰遜（Michael Johnson）也是首張黑洞照片攝影師事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）的成員。他解釋道，這是因?yàn)?，光在到達(dá)望遠(yuǎn)鏡之前，已經(jīng)繞著黑洞轉(zhuǎn)了很多圈，形成難以計(jì)數(shù)的光子軌道。隨著軌道數(shù)增加，越來越靠近黑洞陰影的邊緣，光環(huán)的寬度就呈指數(shù)級地變窄，最終微弱得可忽略不計(jì)。
黑洞照片由一系列越來越窄的子光環(huán)嵌套而成
根據(jù)愛因斯坦引力場方程的計(jì)算，如果大量物質(zhì)集中于空間一點(diǎn)，奇點(diǎn)周圍會(huì)形成時(shí)空扭曲的“視界”，一旦進(jìn)入這個(gè)界面，連光子也無法逃逸。
因此，黑洞的本體是無法看見的，隱藏在照片中間的黑暗中。不過，我們能追溯到光子消失的“視界”外圍，那里有被吸積成一圈的熾熱氣體，因湍急流動(dòng)而摩擦發(fā)光。
在這些復(fù)雜嵌套的光環(huán)中，我們得以一窺光被極端引力彎曲后形成的復(fù)雜亞結(jié)構(gòu)。它們也是黑洞的特征“指紋”。
通過計(jì)算機(jī)軟件模擬出高精度的黑洞圖像，分解為一層層的子圖像，哈佛-史密森天體物理學(xué)中心的研究人員發(fā)現(xiàn)了理論與現(xiàn)實(shí)照片的吻合性。他們認(rèn)為，根據(jù)黑洞層層光環(huán)的大小和形狀，科學(xué)家們有望計(jì)算出黑洞的質(zhì)量和自旋性質(zhì)。
然而，這些子光環(huán)在照片上根本無法肉眼分辨出來，到底要如何掌握它們的細(xì)節(jié)信息？
EHT是由分布在世界各地的8臺望遠(yuǎn)鏡組成陣列，聯(lián)合觀測，形成一個(gè)有效口徑等于地球直徑的大望遠(yuǎn)鏡。約翰遜表示，要想“拍”清楚子光圈，卻不需要這么多望遠(yuǎn)鏡，只需兩臺望遠(yuǎn)鏡距離隔得足夠遠(yuǎn)，形成干涉就行。
他判斷，讓一臺太空望遠(yuǎn)鏡與地上的EHT打配合，就能得到清晰的子光環(huán)信號。
研究人員認(rèn)為，EHT增加一臺地球軌道望遠(yuǎn)鏡能得到n=1的效果，而月球望遠(yuǎn)鏡能得到n=2的效果。
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