如果我们能亲眼看见黑洞如何扭曲周边环境,势必为其气势折服。NASA科学家最近制作了新黑洞外观高分辨率动态图,如果你对几个月前的“模糊黑洞照”还有印象,这张仿真图就是它的高分辨率面貌,将能帮助我们更加理解爱因斯坦对“重力扭曲时空结构”的描述。
今年4月,事件视界望远镜(EHT)团队发布人类史上第一张“直接成像”的黑洞照片,为室女A星系(M87星系)中心的超大质量黑洞,我们第一次亲眼瞧见黑洞的轮廓,也再次验证爱因斯坦广义相对论,表明环绕黑洞的物质所发出的光会被黑洞自身质量产生的重力弯曲,于黑洞周围形成光环。
虽然科学家已经利用特长基线干涉技术连接世界各地望远镜,使事件视界望远镜实际上是一个超大“虚拟望远镜”,但黑洞距离我们实在太远,就算望远镜分辨率已达到现有极限,成果始发布后仍然有许多人第一反应是:怎么那么糊?
(Source:ESO)
所幸这项研究让科学家掌握了黑洞形态,如果你想知道几个月前那个像甜甜圈的黑洞细部面貌,现在NASA科学家制作出全新黑洞动态仿真图(如下),随着未来望远镜分辨率持续提升,最终直接看到的黑洞图片可能就如仿真图这般惊人。

从上图可看到正中间有个洞,那就是事件视界(Event Horizon),外围像水流一样环绕着黑洞的光环,就是被重力吸引过去的物质(吸积盘)摩擦发出的辐射,其中气体在最靠近黑洞的内环以接近光速的速度旋转,外环气体旋转较慢。
如果从黑洞侧面看,可见左侧似乎比右侧还要亮一些,这是因为左侧气体从“黑洞后方”朝我们移动,右侧气体则远离我们,所以根据相对论性都卜勒效应,左侧亮度应有提高;如果今天我们看的是黑洞正面,就无法瞧见这种不对称性了,因为没有材料沿着我们的视线移动。
至于图中顶部的光,实际上是从黑洞后面发出,百年前,爱因斯坦描述了重力会扭曲时空结构的现象,但直到如今才有这些精致的仿真,帮助我们稍微理解爱因斯坦到底在想些什么。未来,事件视界望远镜预计观测波长将从1.3mm缩短至0.4~0.8mm,等于分辨率再提升10倍,期待第二张黑洞照片得到更多喝彩。
(图片来源:NASA)