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就要买买买■美国国家宇航局的黑洞新图像美妙得令人惊叹

黑洞探索——从精确模拟开始
有史以来第一次对黑洞的事件视界的直接成像是科学创造力一次令人印象深刻的壮举 。 但由于直接成像极其困难 ， 效果图的分辨率较低 。
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图解：在巨大椭圆星系M87核心的超大质量黑洞质量大约是太阳70亿倍 ， 如事件视界望远镜发布的第一张图片（2019年4月10日）所示 。 可见眉月形的光环和中心的阴影 ， 这是在黑洞的事件视界光环和光子捕获区引力的放大视觉影像 。 眉月形肇因于黑洞的自转和相对论放射现象；阴影直径大约是事件视界直径的2.6倍
通过技术与工艺的改进 ， 我们可以期待未来的成像质量会随时间而提升 。 目前 ， 美国国家宇航局的新黑洞图像（为其黑洞周制作）向我们展示了可能会在正活跃成长的特大黑洞高分辨率图像中所看到的东西 。
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绝大多数大星系的中心存在特大质量黑洞 ， 而黑洞是如何到达这里的则仍是一个谜团 ， 黑洞和星系谁先出现也是宇宙学的大问题之一 。
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我们现在所知道的是 ， 它们真的非常巨大 ， 质量为太阳的数百万甚至数十亿倍 ， 因此它们可以控制恒星的形成；我们还知道当它们活跃起来并开始吞吃其他天体时 ， 会变成宇宙中最耀眼的物体 。 另外几十年以来 ， 我们也发现了它们有一些奇怪的动力学现象 。
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(美国国家宇航局戈达德太空飞行中心/杰里米·施尼特曼)
事实上 ， 最早的黑洞模拟图像是由1960年代的穿孔卡片机IBM7040计算 ， 法国天体物理学家让·皮埃尔·鲁米内特（Jean-PierreLuminet）于1978年手工绘制的 ， 它看起来仍然和美国国家宇航局现在的模拟图像很像 。
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（让·皮埃尔·鲁米内特）
在两个模拟图像（上面是新的图像 ， 下面是鲁米内特的工作）中都能看到中央的黑色环 。 那就是事件视界 ， 是电磁辐射（光 ， 无线电波 ， X射线等）的速度不足以达到黑洞逃逸速度的界限 。
从中间横穿黑洞的是围绕黑洞旋转的吸积盘的前部 ， 看起来就像进入排水管中的水 。 它通过摩擦产生了足以让我们的望远镜探测到的强烈辐射——正是你正在M87的图像中所看到的 。
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【就要买买买■美国国家宇航局的黑洞新图像美妙得令人惊叹】图像中还有一个光子环 ， 它是围绕事件视界的一个完美的光环 。 在黑洞周围还有广阔的扫光 。 这些扫光实际上来自黑洞背后的吸积盘 ， 黑洞的引力如此强大以至于在事件视界之外也能弯曲时空并改变光路 。
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你还能看到吸积盘的一侧比另一侧更亮 。 这个效应被称为相对论束流 ， 是由吸积盘的旋转造成的 。 吸积盘朝向我们的方向运动的一边更亮 ， 因为这种接近光速的运动改变了光的波长 ， 即所谓多普勒效应 。 远离我们的一边则因为相反的作用而相对黯淡 。
“这种明显的光度不对称性 ， ”鲁米内特在去年的一篇论文中写道 ， “是一个黑洞的主要特征 ， 因为黑洞是唯一可以使吸积盘内部区域的速度接近光速并引起明显的多普勒效应的天体 。 ”
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类似这样的模拟能够帮助我们理解特大黑洞周围的极端物理现象——而这能使我们明白当我们看到M87的照片时我们在看什么 。
相关知识
黑洞（英语：blackhole）是时空展现出引力的加速度极端强大 ， 以至于没有粒子 ， 甚至电磁辐射 ， 像是光都无法逃逸的区域 。 广义相对论预测 ， 足够紧密的质量可以扭曲时空 ， 形成黑洞；不可能从该区域逃离的边界称为事件视界（英语：eventhorizon） 。 虽然 ， 事件视界对穿越它的物体的命运和情况有巨大影响 ， 但对该地区的观测似乎未能探测到任何特征 。 在许多方面 ， 黑洞就像一个理想的黑体 ， 它不反光 。 此外 ， 弯曲时空中的量子场论预测 ， 事件视界发出的霍金辐射 ， 如同黑体的光谱一样 ， 可以用来测量与质量反比的温度 。 在恒星质量的黑洞 ， 这种温度高达数十亿K ， 因此基本上无法观测 。


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