“无限子环”可能是拍摄黑洞的下一个前沿领域

如此深远的窥视，需要在事件视界望远镜中增加一个空间组件。

黑洞摄影可能比科学家们想象的更有影响力和启示意义。

图源：New Scientist

事件视界望远镜捕捉到了这张位于M87星系中心的超大质量黑洞及其阴影的图像。

(图片：©事件视界望远镜合作方)

去年4月，"事件视界望远镜"（EHT）项目首次公布了黑洞的图像，揭开了位于M87星系中心的巨形怪物的面纱。这些具有里程碑意义的照片为科学家们打开了新的大门，让科学家们能够以前所未有的方式探索异域时空领域。

而在不远的将来，这种探测可能还会更深入。一项新的研究报告称，EHT图像中最突出的特征是M87的超大质量黑洞周围的一个明亮但未被解决的环，很可能包含了一个由无限序列的子环组成的薄薄的 "光子环"。

相关报道：历史上第一张黑洞的图像显示，爱因斯坦（再次）对了。 图源：Space

研究小组成员表示，这个光子环的复杂结构蕴藏着一个关于黑洞的信息宝库——科学家们可以通过将EHT的探测范围稍稍扩展一下就能获得这些信息。

第一作者、位于马萨诸塞州剑桥市哈佛-史密森天体物理学中心的天体物理学家迈克尔-约翰逊说。"黑洞给了我们这个礼物，这个信号与天文学中研究过的任何东西都不一样。"

约翰逊告诉天文在线："这不仅仅是一些'我们更了解说明‘我们更了解黑洞了’的廉价图片，它实际上使人们可以用一种全新的方式来测量它们。"

给它戴上一个环？

EHT是一个由全世界8台射电望远镜组成的网络，这些望远镜连接在一起，形成了一个和地球一样大的虚拟仪器--这种技术被称为甚长基线干涉测量技术（VLBI）。

这个巨型望远镜一直在观测两个超大质量黑洞。一个是距离地球5350万光年的M87巨兽，其质量大约是太阳的65亿倍。另一个是银河系的中央黑洞，被称为人马座A*，它距离地球2.6万光年，是收容着 "只有"430万个太阳质量的黑洞。

EHT团队首先考察了M87的黑洞，因为它在短时程内的变数较少，所以比较容易解决。EHT团队成员表示，该项目希望很快也能获得人马座A*的图像。

当然，这样的图像并不能描绘出黑洞的内部，因为这些天体会吞噬光线，如果不在黑洞内部，那是不可能完成的。相反，EHT提供了一个黑洞的剪影，描绘出了黑洞的撕裂地平线，也就是黑洞的不归点，在这个不归点之外，没有任何东西可以逃脱。

EHT图像显示，M87黑洞的剪影被一圈明亮的散发物光环所包围——光子是由围绕着超巨星级天体旋转的高温、快速移动的等离子体射出的。在新的研究中，约翰逊和他的同事们提出，这个光环是天文学家可以挖掘的丰富资源。

研究人员确定，爱因斯坦的广义相对论预测，嵌入在散发物光环内的是一个 "光子环"，它本身就是由一个由无限子环组成的复杂巢穴组成的。

约翰逊和他的同事们发表在《科学进展》杂志上的新论文中写道："同时，这组子环类似于一部电影的框架，捕捉到了从黑洞中看到的可见宇宙的历史。"

研究人员表示，观看那部 "电影 "可以对黑洞和引力本质产生深入的见解，这些见解关键却令人难以琢磨。例如，详细描述子环的特征可以帮助科学家们确定黑洞的质量和自旋，这两个特性是定义这些异域天体的两个属性。

约翰逊说："一旦你知道了这两个关于天体系统的参数，我们认为你就知道了关于黑洞的一切。"

他补充说，EHT的观测结果目前可以计算出黑洞的质量在实际值的10%左右，而且它们并没有揭示太多关于自旋的信息。但是，若将该项目从地球上脱离，可能会大有不同。

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图为：宇宙中的黑洞 图源：harvard

比地球还大的望远镜

EHT联合体是一个由约200名研究人员组成的国际团队，他们早就计划好了，只要他们的资金允许，最终将这个阵列推向终极的前沿。毕竟，更大的望远镜，包括那些通过VLBI连接的望远镜，功能更强大。

约翰逊说：“但这一前景长期以来似乎令人望而生畏，因为计算表明，至少需要半打的天基组件才能显著提高EHT的解析力。”

然而，新的研究表明，读取子环不需要如此巨大的资源支出。研究人员确定，即使是一颗卫星，或者只需在母体航天器上装载一台设计合理的仪器，也很可能就能完成任务，前提是将EHT的足迹扩展到足够远的太空。

"即使是在地球同步轨道上--这对EHT来说，分辨率也有一个很大的提升，"约翰逊说，他指的是地球表面以上约22200英里（35730公里）的空间范围。"然后，当然，一旦你到了月球我——想那才是我们真正要研究的全新科学。"

他补充说，对于适当扩展的EHT来说，子环特征应该很容易测量。

约翰逊说："它们看起来几乎是神奇的，我们从这种情况出发，甚至将EHT图像的分辨率提高了2倍，这有点难以想象。而现在，我们在想，通过增加一条非常长的天基线，我们或许可以将EHT的分辨率提高100倍。"

这个潜在的里程碑并非指日可待，但可能也不会太远；约翰逊表示，如果一切顺利的话，EHT可能会在10年左右的时间内获得空间组件。

FY:布鲁克林恶女

作者: Mike Wall

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