對於首個黑洞延時短片，你是不是有什麼誤會？帶你正確看懂它

最近幾天，視界面望遠鏡（Event Horizon Telescope,簡稱EHT，下同）合作組織發布了一組視頻，網上很多媒體轉發了視頻或動圖，聲稱是首個黑洞延時短片。我最早從網上看到的是下面這個動態圖：

很明顯這是人類拍攝到的首個黑洞——M87星系中心黑洞。當時的第一感覺就是：什麼鬼？M87星系中心黑洞怎麼可能是這樣的……

不過昨天實在抽不出時間去了解這件事，在網上都是轉發這個視頻的，很難找到解讀這個視頻的。今天我抽空找了關於這個黑洞延時視頻相關的論文資料，9月23日發表於美國天文學會旗下的《天體物理學》雜誌上名為《視界面望遠鏡檢測到的M87中心黑洞在2009年-2017年的形態》的文章看了一下。對於我這種英語渣，啃論文實在吃力，有些地方理解不透徹甚至理解錯誤的敬請見諒……

其實要說這是首個黑洞延時視頻我是有點懷疑的，因為其實在2017年4月拍攝，2019年發布的人類首張黑洞照片時就有多張不同時間拍攝的不同樣子的黑洞實拍圖片，每年四月份，兩個黑洞（M87星系中心黑洞和銀河系中心黑洞）都有10天左右的觀測窗口期，而根據當時發布會說的它的吸積盤大約兩天就繞黑洞旋轉一周（我們當時還專門發文討論它是否超光速了……），這樣10天觀察期差不多可以看到它轉4-5圈了。

而在當時發布的黑洞圖片裡，其實就已經有不同時間的黑洞圖片，如下圖就是當時的論文裡附帶的圖片，包含了2017年4月5、6、10、11日四天的黑洞圖片。圖片上已經能明顯看出每天盤狀結構都不一樣。

而視界面望遠鏡記錄的數據是連續的，並不是一天只拍到一張，所以其實要做視頻，當時就能做了，不過我不記得當時有沒有看到過實拍圖製作的視頻，印象中好像有……

無論如何，根據當時拍攝的圖片，已經可以確定，那個明亮的吸積盤是在變化中的。我們知道，這個吸積盤是在變化的，5日跟11日的明亮部分明顯不同，5日是，有一個亮區跑到左邊去了，所以可以確定，吸積盤本身的亮度是不均勻的。那麼上面那個動圖正常嗎？不正常！

在實拍的黑洞圖片裡，吸積盤的繞轉平面並不是垂直於我們的，而是存在一定的夾角，印象中好像是大約17°。正因這一點點的傾斜角度，導致它在繞轉過程中會發生都卜勒效應，向靠近我們方向轉的一側吸積盤要比遠離我們方向轉的吸積盤要更明亮一些。我們看到的黑洞照片什麼暗下面亮就是這個原因引起的。

所以我的猜測是第一張圖是按照吸積盤完全垂直於我們製作的，也就是自轉軸指向我們時我們所看到的樣子。這個圖裡並不反映都卜勒效應產生的亮度變化，而僅僅反映吸積盤本身的亮度變化。

那麼就沒有實拍的視角的視頻嗎？當然有，就是我看到的第二個動圖：

這個動圖就是按照實拍的角度製作的黑洞吸積盤亮度變化的延時視頻，動圖後面那條灰色的指針指向的是吸積盤最亮的部分，它有時是 指向上方，但大部分時間，它都指向下方，表明都卜勒效應對吸積盤亮度的影響還是佔絕對優勢。下面我們來解讀一下這個視頻。

這個視頻是根據視界面望遠鏡陣列的前身，超長基線幹涉望遠鏡在相同時間周期內拍攝的影像模擬的。不過由於當時的超長基線的長度有限，並不足以對黑洞吸積盤中間的陰影部分成像，因此論文作者團隊只能根據其光學變化用幾何方法對其還原。

首先給定了黑洞的自轉軸方向，作者假設其等於黑洞噴流方向，而吸積盤盤面是與黑洞噴流垂直的，因此黑洞吸積盤完全垂直於黑洞自轉軸。而M87中心黑洞的吸積盤是逆時針旋轉的，因此就可以得到下圖：

箭頭方向是自轉軸方向即噴流方向，右邊箭頭是指向我們的噴流方向，因此其下方就是轉向我們的吸積盤，比較明亮，其上方則為遠離我們的吸積盤，比較暗淡。藍色虛線指向的是理論上由於都卜勒效應而最明亮的部分（速度最快的部分）。

但實際上由於吸積盤本身亮度的不均勻性，望遠鏡記錄到下面的畫面：

大家看後面兩列吧，即MODEL1和MODEL2，前面兩列我沒看懂……

MODEL1是4月6日的，MODEL2是4月11日的，跟前面那個圖一樣，藍色虛線是指向理論上最亮的方向，而灰色線則指向實際拍攝到最亮的方向，從圖中可以看到，兩者全都不一樣，特別是2012年4月6日，最亮部分跑到後面去了，也就是跑到原理我們的方向去了……

現在已經很難判斷當時發生了什麼事，是不是有顆恆星被吸進了吸積盤？只有平常的亮度變化，一般認為可能是吸積盤上超強的磁場擾動吸積盤上的等離子體引起密度變化並產生耀斑引起的。

總的來說，這個黑洞延時視頻是通過數據模擬了多年來M87中心黑洞吸積盤的變化情況，並非反映平時黑洞的旋轉情況，用「黑洞延時短片」這個名稱好像不太合適。

好了，今天的解讀就到此為止了，更多最新解讀，歡迎關注我。