2019 年已经到来。有了它,我们就被许诺在天文学上有一个辉煌的时刻。多年来,事件视界望远镜一直致力于为我们带来第一张事件视界的望远镜照片。
事实上,尽管它们在公众想象中很受欢迎,但我们从未真正见过黑洞。其原因简单得可笑。
,你看,实际上是看不见的。它们的引力是如此巨大,超过某一点,就没有任何东西可以逃脱。这包括电磁辐射- 例如 X 射线、红外线、光和无线电波 - 这将使我们能够直接检测物体。
这个不归路点被称为事件视界,除了是一个你永远不想发现自己的可怕位置之外,它也是我们真正可视化黑洞的关键。
虽然我们可能无法看到黑洞本身,但它的事件视界有可能被拍摄到。多亏了事件视界望远镜(EHT),现在随时都会发布公告。
更新(2019 年 4 月 5 日):看来这一天已经到来了! 2019 年 4 月 10 日,EHT 项目背后的团队和相关组织将展示他们称之为“突破性”的成果,并且我们将现场报道这一行动。
但早在 EHT 出现之前,就有一位天体物理学家,名叫让-皮埃尔·卢米内。早在 1978 年,他就为我们提供了第一张黑洞事件视界的图像。
当然,这不是一张真实的照片。 Luminet 拥有数学背景,他利用自己的技能,使用 20 世纪 60 年代的模型,首次对观察者眼中的黑洞进行了计算机模拟。打孔卡IBM 7040 计算机。
“当时这是一个非常奇特的课题,大多数天文学家都不相信它们的存在,”卢米内特告诉 ScienceAlert。
“我想探索黑洞的奇怪物理现象,并提出可以帮助获得黑洞存在的间接特征的具体机制。此外,为了追求双关语,我的名字是“Luminet”,我非常喜欢这样的想法:一个完全非-发光的恒星可以产生可观察到的现象。”
计算机返回的数据,Luminet 然后用钢笔和印度墨水在负片纸上精心绘制,就好像他是一台人类打印机一样。
这张模糊的图像(如上图所示)显示了如果我们离得足够近,可以看到落入黑洞的扁平物质圆盘可能会是什么样子。它看起来并不平坦,因为黑洞的强大引力正在使其周围的光线发生弯曲。
“事实上,引力场使黑洞附近的光线弯曲得如此之大,以至于黑洞盘的后部被‘显露出来’,”卢米内特在一份报告中解释道。论文发表在 arXiv 上去年。
“光线的弯曲还会产生二次图像,使我们能够看到吸积盘的另一侧,即与观察者相对的黑洞的另一侧。”
卢米内特是第一个,但他并不是唯一一个对黑洞的神秘面貌着迷的人。从那时起,其他人就试图将这些物体形象化,甚至把他们的努力放在银幕上。
星际穿越的黑洞卡冈都亚。 (派拉蒙影业)
2014 年克里斯托弗·诺兰电影星际穿越因其对黑洞的“科学准确”描述而受到称赞,该描述很大程度上基于 Luminet 几十年前所做的工作,并与理论物理学家协商创建基普·索恩加州理工学院。
最终,这部电影选择了简化版本,以减少混乱并且在屏幕上看起来很漂亮。
这确实令人印象深刻。但是,根据卢米内特和索恩的说法,这并不是黑洞真正的样子。
由引力场创建的主要和次要图像是存在且正确的。但是,与 Luminet 的图像不同,光盘的亮度是均匀的。
Thorne 及其同事关于用于开发 Gargantua 的 CG 技术的论文中的黑洞模拟。 (詹姆斯等人/经典和量子引力)
“正是这种表观光度的强烈不对称性,”卢米内特写道,“这是黑洞的主要特征,黑洞是唯一能够使吸积盘内部区域的旋转速度接近光速并产生非常强的多普勒效应的天体。”
他写了一篇15页纸关于电影的科学和索恩本人写了一本书关于这个话题。
您可能会注意到,所有这些版本的黑洞看起来都与您可能见过的其他类型的黑洞图像非常不同,最著名的是2016 年 LIGO 发现。
这些是基于天体物理学家阿兰·里亚祖埃洛的作品法国国家科学研究中心和国际天文学联合会的科学家于 2016 年首次模拟了这样一个黑洞。
这些黑洞看起来不同的原因是因为艺术品显示了一个静止的黑洞——一个没有吸积盘的黑洞。
失去了尘埃和气体的覆盖物后,黑洞的引力扭曲了它后面的空间。如果我们离得足够近,能够像这样看到黑洞,我们就会处于运动状态,被它在轨道上的引力所捕获。这就是为什么它看起来在星域中移动。
在两个黑洞在一起的情况下,如 LIGO 视频中所示,每个黑洞后面都会出现另一个黑洞的小香蕉形二次图像。 (重力是整洁的.)
EHT 一直关注人马座 A*,这是位于我们银河系中心的超大质量黑洞。
我们不知道会看到什么;数据可能只会返回一些模糊的像素。 (如果真是这样,更多的望远镜将加入合作,科学家们将再次尝试。)
鉴于黑洞在观测期间有一个吸积盘,我们预计会有一些看起来很像 Luminet 的工作的东西。
此外,这次合作有望帮助我们更多地了解辐射的偏振、磁场的结构和黑洞的相对论性喷流。已经找到了相关线索黑洞周围的空间结构。
但 EHT 的工作中最令人兴奋的部分是什么?在这一点上我们完全支持 Luminet。
“吸积盘的照片!”他说。我们已经等不及了。
本文的一个版本于 2019 年 1 月首次发布。