有了广义相对论+首张黑洞照片，科学家将可以拍摄更清晰的黑洞图像

（图片来源：EHT Collaboration）

去年4月，视界望远镜(EHT)公布了第一幅黑洞图像，在全球范围内引起了人们的兴奋情绪。昨天，一组研究人员在《科学进展》杂志上发表了一项新的计算结果，这项计算结果预测，极端重力光弯曲所产生的黑洞图像中有一个惊人且错综复杂的子结构。

哈佛和史密森天体物理中心(CfA)的迈克尔·约翰逊(Michael Johnson)解释说：“黑洞的图像实际上包含一系列嵌套的环，每一个相邻的环都有大约相同的直径，但会这些环会变得越来越亮，因为它的光在到达观测者之前会绕黑洞旋转更多次。在目前的EHT黑洞图像中，我们只是瞥见了一部分的复杂性而已，这种复杂性应该会在任何黑洞图像中出现。”

由于黑洞会捕获任何穿过视界的光子，所以它们会在周围明亮的热陨落气体上投下一个阴影，而黑洞附近的强引力会把光聚集起来，环绕着这个阴影形成一个“光子环”。这个光子环携带着黑洞的“指纹”，光子环的大小和形状包含着黑洞的质量和旋转(或“自旋”)信息。有了EHT图像，黑洞研究人员就有了研究黑洞的新工具。

高级研究所的Daniel Kapec说：“对于思考黑洞的物理学来说，这是一个非常令人兴奋的时刻，爱因斯坦的广义相对论对几种现在终于可以实现的黑洞观测方法都做出了一些惊人的预测，我认为我们可以预料在未来几年内取得很多进展。作为一名理论学家，我发现理论和实验之间的快速融合特别有价值，随着这些实验方法变得更加灵敏，我希望我们能够继续分离和观察广义相对论的普遍预测。”

研究团队包括观测天文学家、理论物理学家和天体物理学家。

伊利诺伊大学厄巴纳-尚佩恩分校的物理学研究生George Wong指出:“将来自不同领域的专家聚集在一起，能够使我们真正地将我们对光子环的理论理解与观测的可能性联系起来。”Wong开发了一种软件，这种软件生成的模拟黑洞图像分辨率比之前计算的要更高，并且还可以分解成一系列预测子图像。

图片来源：Michael D. Johnson (CfA), Simulation: George Wong (UIUC)

研究人员还发现，黑洞的影像子结构还为观察黑洞创造了新的可能性。约翰逊说:“真正让我们吃惊的是，尽管这些嵌套的子结构用肉眼在图像上几乎看不出来(即使是完美的图像也一样)，但对于被称为干涉仪的望远镜阵列来说，它们则是强而清晰的信号。虽然捕捉黑洞图像通常需要许多分布式望远镜，但这些子环非常适合只使用两个相距很远的望远镜进行研究。这在EHT的基础上增加一架太空望远镜就足够了。”

哈佛研究员协会的亚历克斯·卢普萨斯卡(Alex Lupsasca)说：“黑洞物理学一直是一门美丽的学科，它有着深刻的理论内涵，但现在它也变成了一门实验科学。我们已经对黑洞进行了非常长时间的抽象思考，而作为一名理论学家，我很高兴我们终于能够收集到关于这些天体的真实数据。”