還記得4月10日事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）發(fā)布了第一張黑洞陰影投射到其吸積盤熱氣體上的圖像嗎？這張位于M87星系中心的黑洞圖片登上了世界各地的頭版新聞。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人在美國(guó)物理學(xué)會(huì)4月會(huì)議上說，事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）很快就會(huì)制作出第一部關(guān)于這種熱氣體在陰影周圍混亂旋轉(zhuǎn)的影像。EHT不是一個(gè)單一的望遠(yuǎn)鏡，相反，它是一個(gè)由世界各地射電望遠(yuǎn)鏡組成的網(wǎng)絡(luò)，它們一起對(duì)無線電波進(jìn)行精確定時(shí)的記錄，這些記錄可以組合起來，使不同的望遠(yuǎn)鏡成為一個(gè)整體。

博科園：領(lǐng)導(dǎo)EHT項(xiàng)目的哈佛大學(xué)天文學(xué)家謝普·多爾曼(Shep Doeleman)在演講中說：隨著越來越多的射電望遠(yuǎn)鏡加入到EHT中來，該團(tuán)隊(duì)更新了該項(xiàng)目的記錄技術(shù)，圖像細(xì)節(jié)應(yīng)該會(huì)大幅增加。然后，這個(gè)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)該能夠制作出黑洞活動(dòng)的影像。Doeleman說：

事實(shí)證明，即使是現(xiàn)在，在現(xiàn)有的條件下，我們也有可能，在一定的預(yù)先假設(shè)下，研究旋轉(zhuǎn)特征（環(huán)繞視界旋轉(zhuǎn)的吸積盤證據(jù)）。然后，如果有更多的觀測(cè)站，那么就可以真正開始看到黑洞吸積和旋轉(zhuǎn)的實(shí)時(shí)影像。

這張由視界望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目拍攝的圖像顯示了M87星系中心超大質(zhì)量黑洞的視界。圖片：EHT Collaboration

以M87的黑洞為例，制作一部影像將會(huì)非常簡(jiǎn)單。黑洞是巨大的，即使對(duì)于星系中心的超大質(zhì)量黑洞來說也是如此：質(zhì)量是地球太陽(yáng)質(zhì)量的65億倍，它的視界（超過這一點(diǎn)甚至光都無法返回）包圍著一個(gè)和我們整個(gè)太陽(yáng)系一樣寬的球體。所以，這個(gè)黑洞吸積盤的熱物質(zhì)需要很長(zhǎng)時(shí)間才能繞著這個(gè)物體走一圈。[M87]發(fā)生明顯變化的時(shí)間跨度超過一天，Doeleman說：這太棒了，因?yàn)樗囊馑际且淮闻臄z一幀的影像。可以……塑造我們的形象，然后，如果想再拍一部，或者一部延時(shí)電影，那么我們就在第二天或者下個(gè)星期出去。

計(jì)劃中的無線電天線的位置是事件視界望遠(yuǎn)鏡陣列的一部分。圖片：Event Horizon Telescope / University of Arizona

可能會(huì)連續(xù)做七周，得到七幀電影，然后看到一些東西以這種方式移動(dòng)。但是M87黑洞并不是事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）觀測(cè)到的唯一一個(gè)超大質(zhì)量黑洞。該團(tuán)隊(duì)還在研究人馬座A*，這是位于我們銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞，并計(jì)劃很快發(fā)布該物體的第一張圖像。事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）研究人員還打算把離黑洞更近、研究更深入的黑洞拍成電影，但這個(gè)項(xiàng)目將更加復(fù)雜。人馬座A*質(zhì)量大約是M87黑洞的1000倍，所以圖像的變化要快1000倍。所以，這意味著它將在幾分鐘或幾小時(shí)內(nèi)發(fā)生變化，必須開發(fā)一種完全不同的算法。

不同望遠(yuǎn)鏡的視圖，有助于“事件視界”望遠(yuǎn)鏡有地球半球的成像能力。圖片：APEX, IRAM, G. Narayanan, J. McMahon, JCMT/JAC, S. Hostler, D. Harvey, ESO/C. Malin

因?yàn)檫@就好像你把相機(jī)的鏡頭蓋打開，在你曝光的時(shí)候有東西在移動(dòng)。要拍一部電影，EHT不僅要收集生成黑洞圖像所需的所有數(shù)據(jù)，還要按時(shí)間將這些數(shù)據(jù)分成不同的塊。

接下來，研究小組將使用復(fù)雜的算法對(duì)這些圖像塊進(jìn)行比較，以找出圖像在被捕獲時(shí)是如何變化。必須找到一種方法來研究第一個(gè)小數(shù)據(jù)，然后第二個(gè)小數(shù)據(jù)，然后再拍一部電影，所以團(tuán)隊(duì)成員正在研究這個(gè)動(dòng)態(tài)成像。這種方法使用圖像移動(dòng)模型，將這些模型與實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，看看是否匹配。

在廣義相對(duì)論中，有五種不同的模擬，使用黑洞吸積盤的磁流體動(dòng)力學(xué)模型，以及無線電信號(hào)的結(jié)果。注意所有預(yù)期結(jié)果中事件視界的清晰特征。圖片：GRMHD simulations of visibility amplitude variability for Event Horizon Telescope images of Sgr A*, L. Medeiros et al., arXiv:1601.06799

必須聰明一點(diǎn)，弄清楚這段時(shí)間的數(shù)據(jù)與這段時(shí)間之后數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。比如，你可以說，好吧，你可以移動(dòng)，但你不能移動(dòng)那么遠(yuǎn)?！眠@些約束條件，團(tuán)隊(duì)可以將非常有限的數(shù)據(jù)從任何一分鐘轉(zhuǎn)換成SagA*運(yùn)行中的完整圖片。因此，研究小組希望能在一個(gè)晚上拍攝出較小黑洞的影像。加拿大滑鐵盧大學(xué)(University of Waterloo)天體物理學(xué)家埃弗里布羅德里克(Avery Broderick)說：這些影片應(yīng)該揭示出黑洞周圍吸積盤行為的新細(xì)節(jié)，包括它們是如何吞噬物質(zhì)，將能夠通過觀察黑洞電影而不是肖像來繪制時(shí)空?qǐng)D。

吸積盤的朝向（左兩個(gè)面）或邊緣（右兩個(gè)面）可以大大改變黑洞被我們看到的特征。圖片：'Toward the event horizon—the supermassive black hole in the Galactic Center', Class. Quantum Grav., Falcke & Markoff (2013)

博科園｜文: Rafi Letzter/Live Science/美國(guó)物理學(xué)會(huì)

博科園-傳遞宇宙科學(xué)之美