这就是为什么第一张黑洞图像看起来像火热的甜甜圈的原因。
现在有两张黑洞图像。在这里，它们并排，银河系的黑洞在右边。
2019 年，天文学家捕获了宇宙的一个隐藏部分，供我们下载到我们的电脑屏幕上。这是有史以来第一张黑洞的图像——它揭示了太空野兽的暴力。这个被称为 M87* 的混沌虚空喷出一束光，直接穿透它所在的星系。但对于未经训练的地球人来说，它有点像水果圈。
5 月 12 日，同一批睁大眼睛的科学家们成功地拼凑出另一个令人费解的宇宙鸿沟图像。虽然这一次，它是我们银河系中一个“安静、静止”的黑洞，名为人马座 A*，或人马座 A*。尽管如此，它看起来也像一个水果环，但也许是一个变得湿透的。
这两幅图像都是天文学领域的非凡成就。它们可以说是人类所关注的最令人叹为观止的照片。它们看起来像模糊的橙色颈枕——或者，正如亚利桑那大学的天体物理学家、Event Horizon Telescope Collaboration 的成员 Feryal Özel 所说，“黑洞似乎就像甜甜圈一样。”
那么，我们到底在看什么？“当我们观察每个黑洞的中心时，我们会发现黑洞阴影周围有一个明亮的环，”厄泽尔说。
不过，在深入细节之前，重要的是要注意我们看到的两张黑洞图像都不是我们日常使用的那种照片。它们来自无线电波观测，其工作方式是检测太空中光粒子或光子的强度，然后将这些信号转换为可见模式。例如，超强光子“更亮”。
黑洞并不是真正的黑洞
黑洞并不完全是黑色的，也不完全是一个洞。
相反，它是一个具有多个活动部件的复杂实体，类似于拥有一堆生物体系统的人类。但要了解 EHT 最近拍摄的 Sgr A* 图像，您需要了解黑洞解剖学的三个主要方面。
首先，有奇点。
黑洞通常是在巨大的恒星坍缩并且所有以前的恒星物质变成一个点时形成的。这一点被称为“奇点”，并且拥有如此巨大的质量——来自死星——它的引力克服了一切，不幸的是踩得太近了。
这包括气体、灰尘甚至光。事实上，来自这个实体的引力是如此之强，以至于扭曲了空间和时间的结构。但是，在 M87* 和 Sgr A* 图像中，这一点对我们来说是不可见的。我们必须想象它，就在中心。
其次，有事件视界。
事件视界基本上是我们的宇宙与虚空难以捉摸的内部之间的边界。它与称为史瓦西半径的奇点相距一定的、非常具体的距离。每个黑洞都有其中一个，这可能使黑洞享有“黑色”的美誉。
任何超出事件视界的东西都会被困在某个隐蔽的领域中，在我们看来，这似乎是黑暗，因为即使是光也被困在那里。超越地平线的内容永远不会回来。我们不知道他们会发生什么。
在 EHT 图像中，奇点和事件视界之间的这种交替的现实式球形空间由黑色圆圈表示。然而，更具体地说，黑暗的中心部分是事件视界的阴影。
“阴影是事件视界的图像，是我们进入黑洞的视线，”哈佛史密森学会天体物理学中心的 EHT 成员和天体物理学家迈克尔约翰逊说。
但我们会回到这一点。
第三，对于燃烧的甜甜圈来说，最重要的是光子球。
在奇点和视界周围，炽热的气体和尘埃被困在一个永恒的轨道上，这些轨道环绕着这些震耳欲聋的深渊，被称为吸积盘。如果该圆盘上的任何东西落在史瓦西半径内，也就是超出事件视界，它就会丢失在黑洞宇宙中。但是光在这里做了一些棘手的事情。这给了我们我们的黑洞图片。
与气体或尘埃不同，光可以在史瓦西半径内巧妙地踮起脚尖，而不会盘旋进入虚空。如果这些光子以正确的方式传播， “从围绕黑洞旋转的热气体中逸出的光在我们看来就像明亮的环，”厄泽尔说。“近到足以被它吞噬的光最终会越过它的地平线，在中心留下一个黑暗的空洞。”
这就是为什么 EHT 合作组织将他们的图像称为黑洞的“心脏”。这些图像在光子球体上放大，从技术上讲，它比事件视界更接近令人难以置信的时空扭曲奇点。如果这些空隙是人，我们正在观察他们跳动的心脏。
研究小组说，在夜空中，环内的阴影大约是 52 微弧秒，从地球上看，大约相当于月球上一个甜甜圈的大小。
“我们发现我们可以以大约 5% 的准确度测量环直径，”Johnson 说。“这里的大部分不确定性实际上是因为我们不知道黑洞是否在旋转，而旋转对阴影直径的影响很小。”
但这一切都扭曲了
黑洞周围的空间和时间，或者说时空是完全扭曲的。
当轻粒子或光子逃离旋转的气体吸积盘并测试事件视界的极限时，它们会沿着这条扭曲的时空路径前进。因此，你在 EHT 黑洞图像上部看到的橙色光并不是真的在黑洞的“顶部”。它实际上与事件视界的远端和围绕整个物体的土星环的一部分有关。问题是，时空的扭曲迫使那些遥远的光子向我们“折叠”。
同样，事件视界本身也遵循一种扭曲。我们基本上可以看到事件视界的远端，基本上也可以看到视界的所有角度。 这一切都向我们“折叠”了。唉，这些图像的黑暗中心部分更好地被认为是事件视界的“阴影”。只要把它们想象成光子的不归路——它是可视化的，因为我们看到幸运的光粒子没有被困在那里， 在可观测宇宙和……黑洞之间的屏障周围徘徊黑暗。
从某种意义上说，我们不仅看到了黑洞的图像，而且看到了时空扭曲的直接证据。也就是说，我们正在寻找爱因斯坦广义相对论的直接证据，即这位天才对引力的令人震惊的看法。
而且，根据广义相对论，光环的某些部分比其他部分更亮的原因是由于一种称为引力透镜的现象。由于奇怪的时空扭曲后果，引力透镜基本上增强了一些光子。
人马座 A* 规格
现在我们知道我们在看什么，这里是一些新成像的黑洞的规格。
Sgr A* 距离地球 26,000 光年，质量相当于太阳质量的 400 万倍。相比之下，M87* 距离我们大约 5400 万光年，质量是 SgrA* 的 1000 倍。此外，人马座 A* 远没有天文学家有时所说的那样暴力——或者“饥饿”。它从周围环境中消耗的气体不如 M87*。
约翰逊说：“我们看到实际上只有涓涓细流的物质才能到达黑洞。” “如果 Sgr A* 是一个人，它会每百万年消耗一粒米。”
因此，他说，黑洞是低效的。“尽管它的质量是太阳的 400 万倍，但它释放的能量仅是太阳的几百倍——我们可以研究它的唯一原因是因为它在我们自己的银河系中。”
