DeepTech深科技凝视深渊：人类史上第一个黑洞演变影像问世！
天文物理学家曾在 2019 年 4 月 10 日公布了人类历史上的首张黑洞照片 ， 当时引起巨大轰动 。
如今 ， 一年多时间过去 ， 人类史上第一个黑洞演变影像问世了 。 完成这个影像的研究团队 ， 是一个观测点遍布全球的、名为事件视界望远镜的国际观测台联盟（EHT ， The Event Horizon Telescope） 。 前述首张黑洞照片也是由这支全球联合团队拍摄的 。
照片和影像的主角 ， 都是位于 M87 星系中心的黑洞（以下简称 M87 黑洞） 。 EHT 的研究人员在依据 2017 年的观测数据发布黑洞照片后 ， 继续顺藤摸瓜 ， 对其在 2009 年至 2017 年间对 M87 黑洞的历史观测数据进行了分析 ， 并以此成功生成了多张 M87 黑洞的老照片 ， 随后 ， 他们将几张照片连在一起按时间顺序切换放映 ， 于是便生成了一段 M87 黑洞在 2009 至 2017 年间的低帧演变影像 。
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黑洞照片
M87 黑洞距地球约 5500 万光年 。 2019 年 EHT 公布的其首张照片 ， 是由 ETH 成员天文台在 2017 年 4 月的两个晚上所收集的数据生成 ， 视界的外貌 ， 特别是中心区域不太发光的阴影 ， 与广义相对论对于黑洞外表模样的预测相符 ， 并为 “黑洞视界存在阴影区域” 提供了首个直接观测证据 。
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图 | 2019 年公布的位于 M87 星系中心的黑洞的照片 ， 图中发光区域的内侧为黑洞视界的边界（来源：EHT Collaboration）
而照片中 “发亮区域的一侧看起来比另一侧更亮” ， 也与黑洞附近的复杂动力学理论的预期相符 ， 那些被吸入黑洞的物体会先在黑洞外围高速旋转 ， 形成黑洞的吸积盘（the accretion disk） ， 而其中发亮区域一侧比另一侧更亮的外观 ， 则是由多普勒效应造成 ， 也就是如果我们从照片所采用的观测方向的反方向观测 M87 黑洞 ， 我们会发现黑洞的“上方” 更亮 ， “下方”更暗（与照片中的 “上下” 明暗分布相反） 。
被遗忘的数据
基于对 2017 年 4 月两个晚上的观测数据的分析经验 ， EHT 的研究人员接下来又对天文台自 2009 年起对 M87 黑洞的历史观测数据进行了分析 。
虽然起初 EHT 在全球仅有三个地面望远镜设施对准 M87 黑洞进行观测 ， 且直到 2017 年才将观测 M87 的全球观测站数量扩充到了能实际产出图像的水平（总共 8 个观测站 ， 地理分布上基本覆盖全球） ， 但 EHT 在 2017 年的数据集之前 ， 就已经对 M87 黑洞建立了 2009、2011、2012 和 2013 四个按年份划分的观测数据集 。
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图 | EHT 观测网与 M87 黑洞理论外貌随时间的演变（来源：EHT 的 M.Wielgus 和 D.Pesce）
论文主要作者、哈佛大学的天文学家 Maciek Wielgus 说：“从某种意义上来说 ， 这些历史数据是被我们遗忘了 ， 由于观测站数量的增加 ， 当时大家都对 2017 年的数据兴趣很大 ， 因此在 2019 年发布的研究结果中 ， 我们可以说是只分析了 2017 年的数据 ， 而没有对那之前的数据集进行太多处理 。 ”
在本次发表的研究中 ， Maciek Wielgus 和同事基于之前分析数据的经验 ， 把 2009 至 2013 年的四个数据集也分别生成了照片 ， 结果与理论预期相符 ， 与 2017 年的照片一样 ， 都展现了黑洞 “拥有视界阴影” 和由多普勒效应导致的 “一边亮一边暗” 的外貌 。
但值得注意的是 ， 结合 2017 年的图像来看 ， 在从 2009 至 2017 年总共五个数据集所分别生成的图像中 ， 视界的较亮区域和较暗区域应该是在这几年中一直都在移动 ， 但根据此次发表的论文所给出的说法 ， 这一现象并未“令人感到意外” 。
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