这是看到黑洞光子环的条件

这是看到黑洞光子环的条件本章共7349字, 更新于: 2024-12-16 03:01:28

M87*的EHT图像与其光子环的对比。鸣谢:uux.cn/左:EHT合作，光环右:A.E. Broderick等人，黑洞2022
（神秘的光环地球uux.cn）据《今日宇宙》（布莱恩·科柏林）：超大质量黑洞是难以捉摸的生物。巨大的黑洞引力怪兽可以为极其明亮的类星体提供能量，或者可以静静地潜伏在星系核心的光环明亮恒星中。我们主要是黑洞通过它们明亮的吸积盘或它们产生的强大等离子体射流来间接研究它们，但我们已经能够更直接地观察它们，光环例如我们的黑洞M87*和Sag A*图像。
但是光环我们仍然没有捕捉到神秘光子环的直接图像。发表在《航天学报》上的黑洞一篇新论文提出了如何做到这一点。
黑洞不外乎是光环一个扭曲的时空结构。它们是黑洞由视界的存在来定义的，视界是光环一个封闭的表面边界，光只能穿过它一次。黑洞这是一条不归路。任何穿过黑洞视界的东西都永远被其引力陷阱所束缚。
但是在黑洞附近还有其他定义结构，比如光子壳。这是光子稳定圆轨道的内部极限。理论上，光子壳中的光可以永远围绕黑洞运行，尽管在现实中，微小的引力波动会使轨道随着时间的推移而变得不稳定。如果视界半径为R，那么光子壳半径为1.5R。
我们无法直接观察到事件视界或光子壳，但我们可以观察到下一个最接近的特征。这就是众所周知的光子环，它是由光子擦过黑洞如此之近以至于它们的路径直接朝着我们偏转而形成的一圈薄薄的光。对于一个简单的黑洞，光子环的半径约为2.6R。
对于一个真实的旋转黑洞来说，事情有点复杂，因为黑洞的自旋在旋转方向上增强了光子的能量，但无论是哪种情况，光子环都是我们可以从远处观察到的最近的黑洞结构。因此，它可以告诉我们很多关于黑洞的信息，以及爱因斯坦的引力理论是否准确。
M87*的光子环是在我们目前拥有的黑洞的EHT图像中捕捉到的，但它并不清晰。一些研究认为，我们可以从背景中提取光子环数据，但这一直存在争议。捕捉光子环的一个主要问题是电流达到了分辨率的极限。
我们竭尽全力才得到M87*和Sag A*的模糊图像。有计划建造下一代事件视界望远镜(ngEHT)，拥有更多的天文台和更灵敏的探测器，但即使这样也不足以看到光子环。
因此，这项新研究提出了一个天基甚长基线干涉仪(VLBI)星座。天线可以放置在宽阔的地球轨道上，或者地球和月球之间的L2拉格朗日点轨道上。没有地球大气层的干扰，这个星座的接收器可以捕捉比地面观测站更短波长的无线电光。
通过将天线放置在椭圆轨道上，该阵列可以获得比地球直径宽得多的有效基线。这两个特征将允许天文学家捕捉M87*和Sag A*的高分辨率图像，并观察它们的光子环。提议的望远镜还能够捕捉其他超大质量黑洞的低分辨率图像，例如仙女座星系中的黑洞。
这项研究是对概念的验证。我们要建造这样的望远镜还需要几十年的时间，要实现这样的设计，还需要解决几个工程上的挑战。但这些想法值得思考。光子环是黑洞天文学的圣杯，只有我们努力到达比目前更远的地方，我们才能抓住它。

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