美国宇航局的新黑洞可视化展示了引力如何扭曲光

四月，天文学家发布了第一张真实的黑洞照片，令世界惊叹不已。但 M87 星系中超大质量怪物的模糊静止图像并没有真正传达出黑洞的巨大引力如何疯狂地扭曲其周围环境。现在，来自计算机模拟的图像更详细地强调了黑洞如何像有趣的镜子一样扭曲时空，以及这如何影响其发光的吸积盘的外观。

在这些模拟图像中，白热的吸积盘看起来基本上与你所期望的正面看到的一样——类似于地球的视角（序列号：2019 年 4 月 10 日）。但沿着它的边缘看，计算机渲染的吸积盘看起来更奇怪。黑洞的超强引力使黑洞后面的圆盘中的气体发出的光发生弯曲，因此圆盘的远端似乎在深渊上方和下方分裂成弧线。

由于磁场贯穿整个圆盘，黑洞周围旋转的气体发出的光看起来更像是夜间城市交通的延时图像，而不是连续的物质带。马里兰州格林贝尔特美国宇航局戈达德太空飞行中心的天体物理学家杰里米·施尼特曼 (Jeremy Schnittman) 说道，他创造了黑洞 图片9月25日发布在网上。

这些磁场结加热周围的气体，产生亮点。 “如果整个圆盘一起旋转，这些[结]看起来更像是随机的斑点，”施尼特曼说。但由于靠近黑洞的气体绕轨道运行得更快，当气体绕着宇宙排水沟旋转时，热点会被拉伸成明亮的污点。

沿着黑洞边缘观察黑洞时出现的另一个奇怪现象是，盘左侧的气体（向观察者放大）比右侧的气体更亮。施尼特曼说，这是因为快速接近的气体发出的光波在到达观察者的途中堆积起来，而后退的气体发出的光波则分散开来。

靠近黑洞的坑，会出现一个“光子环”。来自吸积盘的其他光仅仅被黑洞的引力场偏转，而这个环中的光粒子则被黑洞的引力所捕获，这样它们在逃逸之前至少会绕一圈。光子环内部是黑洞的事件视界，在事件视界之外，任何东西（甚至光）都无法逃脱。

哈佛大学天体物理学家阿维·勒布（Avi Loeb）没有参与这项工作，他说，这样的模拟不仅揭示了黑洞在某一时刻可能如何出现，还揭示了它如何随着时间的推移而变化。勒布说，未来，天文学家希望收集足够的观测结果来制作电影，揭示“黑洞周围的天气是什么样的”。将这些现实世界的黑洞薄膜与模拟进行比较可以揭示控制吸积盘外观的基本物理原理。