我們從第一個黑洞圖像中學到了什麼

事件地平線望遠鏡的科學家發布了一張將落入科學史的照片：有史以來第一張黑洞圖像。但是，除了美麗的圖畫之外，科學還有更多的東西。在發布的同時，科學家丟掉了多篇論文，記錄了他們如何創建圖像以及他們已經了解了M87中心（距銀河5500萬光年）的黑洞的知識。「這僅僅是開始，」周邊研究所和滑鐵盧大學的物理學家艾弗裡·布羅德裡克（Avery Broderick）在美國國家科學基金會的新聞發布會上說。他說，研究人員期望通過「仔細研究這個圖像並重複這個故事」來做「令人驚奇的科學」。

• 事件地平線望遠鏡拍攝到的戒指的一半更亮。圖片：EHT

黑洞是空間中如此密集，具有如此巨大引力的地方，以至於超出稱為「事件視界」的特定邊界時，光無法逃逸。早在2017年，全球就有八臺望遠鏡採用了稱為超長基線幹涉測量的技術，能夠從銀河M87中心的黑洞中收集數據。研究人員結合了每臺望遠鏡的無線電波數據，創建了圖像。儘管最終的圖像是不是一個照片和所需顯著數據分析和建模來創建，幾個獨立的技術被用來處理數據，和陰影始終保持在最終的圖像，根據該文件中的一個。最重要的是，該圖像再次證明了物理學家用來解釋重力的主要理論，即廣義相對論，是正確的。

黑洞的第一個圖像。 圖片：事件地平線望遠鏡

這張圖片也提供了最有力的證據，表明我們長期以來對星系的看法是正確的-它們的中心有超大質量的黑洞，其中有光的不可返回點，稱為事件範圍。簡而言之，它們不僅是大球，而且更可怕。僅此一項就很大。儘管相對混亂，廣義相對論說，黑洞的行為可以僅基於三個屬性來預測：質量，自旋和電荷。根據LIGO和處女座引力波探測器的觀察結果，似乎更小的黑洞遵循了這些規則，該探測器測量了黑洞碰撞所造成的時空幹擾。但是也許我們沒有看到某些東西，只有在更大的黑洞中才會產生某種效果，也許這些潛在的差異可以幫助描述宇宙的一些奧秘，例如暗物質。

但是事件地平線望遠鏡的這些最初結果表明，大小黑洞都遵循相同的規則。只要看到[M87的黑洞]看起來像是太陽質量的數十億倍的黑洞，而LIGO的黑洞看起來像是太陽質量的幾十倍的黑洞，已經在限制對重力，芝加哥大學天文與天體物理學系研究生Maya Fishbach告訴Gizmodo。那些希望利用黑洞尺寸差異引起的潛在新效應來解決諸如暗物質之類的謎團的人將需要在其他地方尋找答案。創建圖像還教會了我們黑洞本身的細節。該圖像沒有顯示黑洞的事件視界，而是由於中心對象周圍的光子軌道不穩定而被其周圍的光線投射的陰影。

儘管如此，科學家們仍然知道陰影大約是事件視界的大小。這足以推斷出黑洞的某些性質，例如，研究人員計算出黑洞的質量是太陽質量的65億倍。另一個結果不是來自陰影本身，而是來自圍繞它的輻射環。您可能會注意到它是不對稱的-它看起來在圖像的底部比頂部的發光更強。過去對銀河系M87的觀測表明，它正在從其中心發射出高能物質射流，物理學家推測該射流可由與黑洞旋轉相關的能量提供動力。輝光的不對稱性提供了證據，證明黑洞確實在旋轉，這可能為射流提供動力。

M87星系及其物質射流。 圖片：哈勃

根據《天體物理學雜誌快報》上發表的論文，形狀的其餘部分將歸因於重力透鏡-黑洞扭曲了來自其背後物質的光。這是一個重要的研究領域，因為它可以解釋M87星系如何更廣泛地演化-但它們還沒有圖像靈敏度來觀察噴流本身或噴流形成區域。然後，存在著一個尚待解決的問題，物理學家是否能夠隨時間觀察黑洞周圍區域的變化。該小組產生了四張圖像，他們每天晚上用望遠鏡觀察到一張，而每張圖像看起來都略有不同。

我們沒有足夠的數據來定位時間變化的起源。但是我們相信，通過在明年使用其他望遠鏡積累觀測資料，我們可以識別出正在改變黑洞圖像的原因。將會有更多的望遠鏡加入其中，希望我們也能很快看到人馬座A *的圖像，這是我們銀河系中心的黑洞。成像該黑洞被證明更加困難，因為它要小得多並且周圍有更多運動。今天，我們有了不可思議的景象。很快，我們將獲得更多令人難以置信的科學知識。

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