虽然直接成像黑洞和其周围的空间非常困难,但这并不是天文学家们观察黑洞的唯一方法,基于多年的观察和分析,有一个长达数十年的黑洞可视化计划,可以追溯到法国天文学家Jean-Pierre Luminet在20世纪70年代的工作。
当一个庞大的国际科学家团队最终捕捉到一个超大质量黑洞的直接图片,也即著名的M87*,黑洞可视化模拟非常接近我们所看到的,这证明该计划的预测是非常准确的,由于涉及到极强的重力场,光径会发生扭曲,强度也会随着它所弯曲的方向而改变。
那么,如果不是一个,而是两个黑洞锁在相互的轨道上,每个黑洞都有自己的引力,每个黑洞都被自己发光的尘埃和气体吸积盘所环绕,会发生什么呢?它看起来可能会像美国太空总局(NASA)最新发布的黑洞可视化图片。NASA的戈达德太空飞行中心把两个黑洞凑合在一起,一个较大的有2亿太阳质量,另一个较小的只有前者的一半,这种双黑洞系统,科学家认为两者都可以维持吸积盘持续数百万年,以下是视频的介绍。
模拟视频的前半段,就好像你从上往下俯瞰两个超大质量黑洞绕着对方旋转,它们的中心是黑洞暗影子,被一个宽阔的吸积盘包围着。
位于吸积盘内缘和黑洞暗影之间的这个薄环被称为光子环(photon ring),这里的重力场非常强,甚至于光子被困在黑洞周围的稳定轨道上无法逃离,如果这些光子离黑洞再近一点,它们就会落在视界以内,我们就看不到它们了。随着模拟的继续,观察者的视角向下移动到两个黑洞的轨道平面上。
科学家用两种不同的颜色来代表这两个不同的黑洞,由于引力场所造成的光径弯曲,致使光沿着复杂的弯曲路径运动,这是通过一台强大的超级计算机运算出来的。由于受到伴星引力的影响,每个黑洞的光会变得更加扭曲,这种现象又称为重力透镜效应。
重力透镜效应实际上是观察太空深处的一个工具,因为它可以放大更远的物体,而且有时候会在我们的视线上复制出一个相同的天体。星系和星系团也可以是重力透镜效应的一部分,尽管被透镜化的物体看起来不像两个活跃的超大质量黑洞产生的图像那样极度扭曲。
直接对黑洞进行成像是一项非常艰巨的工作,而互绕的超大质量黑洞更加罕见,所以我们不太可能在近期内看到这部视频的真实版本——但这样的模拟可以帮助我们理解超大质量黑洞周围极端环境的物理现象,使科学家能更好地分析观测结果。