人类又给黑洞摄影黑洞射流明晰图画初次发布验证广义相对论黑洞子环假说

编者按：本文来自微信大众号“新智元”（ID:AI_era），修改：啸林，36氪经授权发布。

爱因斯坦广义相对论里说，黑洞图画是由许多个“子环”构成的。近来，科学家初次发布黑洞射流高清图片，人类总算能够验证了！从此，人类对黑洞的考虑，总算从笼统幻想和理论推演，进化到拿望远镜观测的年代了。

还记得上一年发布的第一张黑洞相片吗？

第一张黑洞相片：间隔地球5500万光年的Messier 87星系中心的巨大黑洞。是的，听起来有点像奥特曼的高兴老家：M78星云。

拍照这张相片的数百名研讨人员共享了根底物理学打破奖的300万美元奖金。他们没有坐享劳绩，而是在整整一年后的现在发布了黑洞射流的新图画。

科学家拍照发射高能喷发黑洞的具体图画

天文学家团队对另一个黑洞又有了打破性观测成果：取得了一张由超大质量黑洞驱动的巨大等离子体射流的图画。这张相片具有史无前例的丰厚细节。

研讨小组说，图画左边的亮堂斑驳应该是黑洞周围回旋扭转的气体和尘土盘，等离子体射流由强度较低的赤色特征流勾勒出来。

专家说，这种喷流是一种称为“耀变体”的结构。

典型的耀变体——蝎虎座BL型天体PKS 2155-304的光学图画

耀变体的物质喷发方向大约正好指向地球，就像手电筒的光束相同。

耀变体是活动星系核中最亮的一种，它由类星体构成，类星体是一类活泼地吸收物质的超大质量黑洞。它们在旋转时会逐步卷起磁场，然后导致黑洞周围的物质被朝两头射出，构成强壮的γ射线相对论喷流，其亮度足以跨过世界被咱们观测到。

“绕着黑洞的许多物质注定要穿越事情视界，再也不会回来，可是其间一些能够沿着穿过黑洞的强壮磁力线发射，这便是射流的实质。”该研讨的合著者，伦敦大学学院的Ziri Younsi博士说。

他弥补说：“黑洞不只吞噬了许多物质，而且还吐出了许多东西，因为它们被高度磁化而且旋转得如此敏捷。”

研讨小组说，至关重要的是，该图画是超大质量黑洞周围喷流的最高分辩率，这在某种程度上预示着研讨人员能够初次检查喷流底部邻近发作的状况。特写图画显现了黑洞邻近的斑驳，该斑驳好像略微偏离了射流其余部分的轴线。Younsi说：“它被抵消了好几度。”

这在某种程度上预示着射流的底部或许存在某种“扭结”，或者是因环绕射流而歪曲的物质。斑驳也或许是环绕和进入黑洞的气体和尘土构成的的圆盘边际的一部分。

但仍有些问题悬而未决，比方，射流的等离子体终究由什么构成？射流与黑洞怎么耦合？

该图画宣布在《天文学与天体物理学》（Astronomy& Astrophysics）杂志上，由“事情地平线望远镜”方案（Event Horizon Telescope，简称EHT）拍照。这个巨大的研讨方案该团队由哈佛大学和史密森尼大学天体物理学中心的科学家领导，包括8台射电望远镜，以及遍及全球的一大批研讨人员。

研讨小组说，这个黑洞是类星体3C 279的一部分，比银河系中心的黑洞大200倍。这个类星体坐落处女座星系中，距咱们50亿光年远。

Younsi说：“通常在这个间隔上咱们看不到任何东西，因为到了咱们这儿的时分，光线一般现已红移太多了。”

“可是因为这次几乎是直接朝着咱们喷发的，所以一切方面的辐射都被增强了，它看起来比实践要亮得多，因而咱们也能够检测到它。”

射流指向地球，这也解说了另一个风趣的问题–为什么射流的跋涉速度（看起来）比光速快15-20倍。

Younsi说：“这是一种投影效果。”他指出，这架喷气飞机实践上传达的速度约为光速的0.995倍。

这项新著作并不是“事情地平线望远镜”方案发布的第一张令人惊叹的图画：上一年，该团队发布了黑洞的第一张图画，提醒了黑洞火热的气体和尘土光环。

可是Younsi说，新的图画对物理学家来说愈加令人兴奋。他说：“这是咱们第一次真实看到射流与黑洞和（气体和尘土）吸积盘的衔接。”“它将使咱们咱们能够开端答复有关黑洞怎么为射流供能，黑洞怎么进食，黑洞怎么成长的问题。”

Younsi说，新图画标志着行将到来的一系列发现。

M87黑洞：“指环王”

这项研讨的成果宣布在《科学发展》(Science Advances)期刊上。研讨人员检测了 M87的图画，特别是其间占主导地位的黄金环。

他们指出，正如广义相对论理论所猜测的那样，这个环应该包括一个由较小环组成的子结构，而 EHT无法解析这个子结构。在这个环的子结构中，有关于这个黑洞的信息。

爱因斯坦的广义相对论用来猜测黑洞的性质，他说在这个亮环内应该有一个“光子环”，它由一系列相似的子环组成。

哈佛天体物理学中心的Michael Johnson解说说：“黑洞的图画实践上包括一系列嵌套的环。”“每个相继的环都具有相同的直径，但渐渐的变尖利，因为它的光在抵达调查者之前绕黑洞绕了屡次。

运用当时的EHT图画，咱们仅仅只是瞥见了任何黑洞图画中应该呈现的悉数复杂性。

黑洞的图画在由黑洞投射的“暗影”周围具有亮堂的发射环。该环由一堆越来越尖的子环组成，这些子环与光子抵达调查者之前环绕黑洞的轨道数相对应

因为黑洞周围的光子也无法逃脱它的引力，所以黑洞在环绕它的气体和尘埃的亮堂发射上投射了暗影，并逐步落到其表面上。在此暗影周围是一圈光子环，该光子环是由黑洞邻近事情视界之外的强壮重力效果发生的。

下面这个动画显现了怎么从这些子环以及构成该图画的光子轨道中构成黑洞图画。或许，关于这些环的一个更令人震惊的启示是，广义相对论告知咱们，每个环都是由捕获的光子组成的。

能够科学上网的朋友能够移步这个油管视频：https://youtu.be/I4LolZ27l3E

结合理论与试验：黑洞物理学迎来高光时间

“来自不同范畴的专家汇聚一堂，使咱们也能够将对光子环的理论了解与调查的或许性真实联系起来，”伊利诺伊大学香槟分校物理学研讨生George Wong说。

Wong的软件用于生成模仿的黑洞图画，比曾经核算的分辩率更高。

在EHT的组合功率上添加另一个望远镜能够使天文学家分辩单个环。

EHT上一年四月拍照的第一张黑洞图画和刚刚发表的黑洞射流新图画，其最令人惊喜之处或许在于，它们改变了黑洞研讨的方法：黑洞研讨从此从朴实的理论范畴转向依靠试验科学。

人类对黑洞的考虑，总算从笼统幻想和理论推演，进化到拿望远镜观测的年代了。

最终奉上干货视频，带你康康黑洞图画怎么验证爱因斯坦“子环”假说：

参阅链接：

科学家捕获发射高能喷发黑洞的图画

https:///science/2020/apr/07/scientists-capture-image-of-black-hole-emitting-high-energy-jets

太空研讨打破：初次取得黑洞相片

https:///science/2019/apr/10/black-hole-picture-captured-for-first-time-in-space-breakthrough

黑洞图画的未来是光亮的

https://thenextweb.com/syndication/2020/04/04/the-future-of-black-hole-images-is-bright/