假如掉入黑洞，你最后看到的是什么？_风闻

原创：牧夫天文

假如掉入黑洞，你最后看到的是什么？

文章来源：SYFY

原作：Phil Plait

编译：张雨荷

校译：牧夫天文校对组

编排：王璞

后台：库特莉亚芙卡 李子琦

原文链接：

https://www.syfy.com/syfywire/whats-the-last-thing-youd-see-as-you-fell-into-a-black-hole

2019年4月，天文学家发布了事件视界望远镜拍摄的首张超大质量黑洞的照片。黑洞位于M87星系的中心，这是有史以来分辨率最高的黑洞图像。照片展示了一个神秘的模糊物质环，它的中心是一个黑点：那不是黑洞本身，而是某种程度上黑洞的“影子”。黑洞周围的空间内没有稳定的轨道，甚至光线本身最终也将落入无限的深洞之中。

超大质量黑洞的第一张照片。它展示了一个黑洞的轮廓，其质量是太阳的65亿倍，位于距离地球5500万光年的M87星系的中心。

图片来源 NSF

虽然这张黑洞照片轰动一时，但两个因素使之看起来仍有些模糊。其一是，尽管事件视界望远镜结合了世界各地望远镜的力量，但是分辨率仍然不够高，无法看到许多细节。5500万光年的距离，使得黑洞看起来也相当的小。其二是由于曝光时间长，黑洞周围旋转的气体云使物体本身变得模糊。

那么，一张清楚的黑洞照片会长什么样呢？

一组由天文学家和物理学家组成的研究团队决定来探究这个问题。他们利用爱因斯坦的广义相对论方程，生成了一系列图像来研究黑洞从远处看起来的样子。

M87星系中心黑洞的超高分辨率模拟图

图片来源 Johnson et al

下方的三张小图是黑洞周围光线在不同时刻的模拟图。该团队模拟了真实黑洞的物理属性，例如其62亿倍于太阳的质量，与我们观测M87星系相匹配的视角和在吸积盘中围绕它旋转的物质质量。这一视角非常小，只有50微角秒，而一角秒大约是从5公里外看一个25美分硬币的大小。因此，这就像是在硬币上观察一个微生物一样。

上方的大图则是多张照片叠加的结果，以对应科学家们在事件视界望远镜的长曝光照片中实际看到的图像。如果它具有超高的分辨率，我们将会看到一个明亮的略不对称的圆环，其内部和外部都有一些光线，中间则是明显的黑色空间。

我们知道图片中间是黑洞，而事件视界是围绕着黑洞逃逸速度等于光速的轨道界限。一旦进入，你就再也无法回来。但并没有这么简单，事件视界外的空间也被重度扭曲。因此，黑洞周围飞过的光的轨道会被弯曲，而弯曲的程度取决于它距离黑洞有多远。

黑洞周围扭曲空间中光路的模拟

如视频所示，黑洞的存在使周围光线朝向我们弯曲，从而在黑洞本身所在的位置留下了一个不可见的“洞”。黑洞周围光子的轨道主要呈现三种状态：稍稍弯曲（科学家称之为n=0光子，它们从四面八方向黑洞而来，形成了图中离中心最远的模糊圈），弯曲

180°（n=1），或者整个弯曲成圆形环绕黑洞一周（n=2，图中最小的环。受黑洞极强的重力影响，很少有光子能围绕黑洞转一圈以上）。这些光子被黑洞弯曲后射向地球，形成围绕在黑洞周围的一系列光环。距离太近的光子被黑洞吞噬，形成了中心神秘的黑暗地带。

那么，有没有可能能够获得一个黑洞的真实图像，来佐证这个模拟呢？一种方法是发射多个射电望远镜进入太空，以扩大观测阵列。相邻望远镜之间的距离越远，分辨率就越高。但是这样做的问题在于射电望远镜的体积必须很大，一般跨度要达到几十米，然而将这样大小的东西放入太空并不容易。不知道在未来的几十年中，我们能否做到这一点？如果可以的话，甚至可以考虑在月球上也建造一些望远镜，将它们放置在差不多大小的陨石坑中以保持稳定。如果这一切可以实现的话，我们将获得与计算结果相媲美的图像。

但在那之前，根据现有的信息，我们可以推断出如果你掉进黑洞，看到的景象也是短暂的。因为当靠近黑洞的时候，你的移动速度会接近光速，同时将经受着重力和潮汐力的撕扯以及高能辐射的炙烤。到了那个时候，不论看到的是什么可能都会被抛之脑后了。

黑洞简介

『天文时刻』 牧夫出品

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