北京時(shí)間4月7日消息，據(jù)美國(guó)太空網(wǎng)站報(bào)道，科學(xué)家拍攝的黑洞圖像比之前預(yù)想的更強(qiáng)大，更具啟示性，2019年4月，黑洞視界望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目(EHT)首次公布了黑洞圖像，這些具有里程碑意義的照片為科學(xué)家打開探索宇宙的一扇大門，讓他們能以前所未有的方式探索奇特的宇宙領(lǐng)域。

黑洞光子環(huán)可能由無數(shù)子環(huán)構(gòu)成

未來幾年，科學(xué)家將更加深入地探索黑洞，最新一項(xiàng)研究表明，黑洞視界望遠(yuǎn)鏡拍攝到黑洞最顯著的特征——即M87超大質(zhì)量黑洞周圍環(huán)繞著一個(gè)明亮、神秘的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，但是，迄今黑洞環(huán)的結(jié)構(gòu)仍是一個(gè)未解謎團(tuán)，很可能黑洞環(huán)中包含稀薄的“光子環(huán)”，這個(gè)光子環(huán)是由無限數(shù)列的子環(huán)構(gòu)成。

研究小組稱，光子環(huán)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)保存著有關(guān)黑洞的珍貴信息，科學(xué)家能夠通過擴(kuò)展黑洞視界望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)范圍，獲取這些重要信息。

研究報(bào)告作者、哈佛-史密森天體物理中心天體物理學(xué)家邁克爾·約翰遜(Michael Johnson)說：“黑洞送給了我們一個(gè)禮物，黑洞光子環(huán)所包含的信息不同于天文學(xué)家所研究過的任何天體目標(biāo)。這些照片能更便于我們了解黑洞，實(shí)際上是一種更全新的測(cè)量方法。”

黑洞視界望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目是由分布全球各地的8個(gè)陸基射電望遠(yuǎn)鏡組成的網(wǎng)絡(luò)，這些望遠(yuǎn)鏡連接在一起構(gòu)成一個(gè)地球大小的虛擬設(shè)備，該技術(shù)被稱為“甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量技術(shù)(VLBI)”。

這個(gè)龐大的望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)絡(luò)一直在觀測(cè)兩個(gè)超大質(zhì)量黑洞，一個(gè)是M87黑洞，它距離地球5350萬(wàn)光年，大約是太陽(yáng)質(zhì)量的65億倍;另一個(gè)是銀河系中心黑洞，它被稱為人馬座A*，它距離地球26000光年，質(zhì)量大約是太陽(yáng)的430萬(wàn)倍。

首先，EHT研究人員觀察了M87黑洞，該黑洞在短時(shí)間內(nèi)變化較小，因此他們希望盡快獲得人馬座A*的圖像數(shù)據(jù)。由于黑洞會(huì)吞噬光線，這些圖像并未描繪出黑洞內(nèi)部狀況，然而EHT項(xiàng)目提供了黑洞輪廓，描繪出黑洞視界，該區(qū)域的任何事物都無法逃離黑洞的引力束縛。

EHT項(xiàng)目圖像顯示，M87黑洞的側(cè)影被一個(gè)明亮的光子噴射環(huán)包圍著，光子噴射環(huán)是由環(huán)繞超大質(zhì)量黑洞的快速移動(dòng)熾熱等離子構(gòu)成。在這項(xiàng)最新研究中，約翰遜和同事認(rèn)為，這個(gè)黑洞光子環(huán)是天文學(xué)家能夠深入探索的重要資源。

黑洞子環(huán)就像電影的幀數(shù)

在愛因斯坦的廣義相對(duì)論中，黑洞釋放光環(huán)中內(nèi)嵌一個(gè)“光子環(huán)”，其自身是一個(gè)復(fù)雜的無限子環(huán)結(jié)構(gòu)。

一篇最新論文中指出，這組子環(huán)就像一部電影的幀數(shù)，能夠從黑洞洞悉宇宙的歷史。觀看這部“電影”可以揭曉有關(guān)黑洞和引力性質(zhì)的關(guān)鍵因素，例如：詳細(xì)描述黑洞子環(huán)可以幫助科學(xué)家確定黑洞的質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)，這兩個(gè)特性可以定義這些奇特的黑洞。

一旦你知道黑洞的這兩個(gè)參數(shù)，就會(huì)認(rèn)為自己知道關(guān)于黑洞的一切，當(dāng)前EHT觀測(cè)允許黑洞質(zhì)量與實(shí)際質(zhì)量存在10%誤差，但并未揭示關(guān)于黑洞旋轉(zhuǎn)的太多信息，但是地球之外的太空望遠(yuǎn)鏡或許會(huì)發(fā)現(xiàn)重要數(shù)據(jù)。

比地球更大的望遠(yuǎn)鏡

EHT聯(lián)盟是一支國(guó)際研究小組，成員大約有200名研究人員，長(zhǎng)期致力于將人類觀測(cè)范圍擴(kuò)大至太空領(lǐng)域，前提是資金充足。畢竟更大的望遠(yuǎn)鏡，例如：通過甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量技術(shù)(VLBI)連接在一起的望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)絡(luò)勘測(cè)能力更強(qiáng)大。

但這一前景計(jì)劃存在巨大挑戰(zhàn)，因?yàn)橛?jì)算數(shù)據(jù)顯示，至少需要6個(gè)太空望遠(yuǎn)鏡架構(gòu)才能顯著提高黑洞視界望遠(yuǎn)鏡的分辨率。然而，最新研究表明，研究黑洞子環(huán)并不需要如此大的資金支出。研究人員認(rèn)為，只有黑洞視界望遠(yuǎn)鏡只要延伸至足夠遠(yuǎn)的太空區(qū)域，即使是一顆人造衛(wèi)星，或者僅是主航天器上的機(jī)載儀器，也有可能做到這一點(diǎn)。

即使在地球同步軌道上，這種太空黑洞視界望遠(yuǎn)鏡分辨率將大幅增強(qiáng)，這里指的是距離地球表面大約35730公里的太空區(qū)域，同時(shí)，對(duì)于一個(gè)太空區(qū)域適當(dāng)擴(kuò)展的黑洞視界望遠(yuǎn)鏡，子環(huán)信息很容易被測(cè)量。

這看起來像是魔法，在這種情況下，我們甚至能將黑洞視界望遠(yuǎn)鏡分辨率提高兩倍，如果通過一條很長(zhǎng)的天基線路，我們也許能將黑洞視界望遠(yuǎn)鏡分辨率增強(qiáng)100倍。這樣的太空黑洞視界望遠(yuǎn)鏡將形成一個(gè)龐大的網(wǎng)絡(luò)，甚至比地球更大。

這一里程碑項(xiàng)目并非近在眼前，但也可能不會(huì)太遙遠(yuǎn)，黑洞視界望遠(yuǎn)鏡可能需要10年的時(shí)間去獲得一個(gè)太空組件。(葉傾城)