假如掉入黑洞，你最後看到的是什麼？_風聞

原創：牧夫天文

假如掉入黑洞，你最後看到的是什麼？

文章來源：SYFY

原作：Phil Plait

編譯：張雨荷

校譯：牧夫天文校對組

編排：王璞

後台：庫特莉亞芙卡 李子琦

原文鏈接：

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

2019年4月，天文學家發佈了事件視界望遠鏡拍攝的首張超大質量黑洞的照片。黑洞位於M87星系的中心，這是有史以來分辨率最高的黑洞圖像。照片展示了一個神秘的模糊物質環，它的中心是一個黑點：那不是黑洞本身，而是某種程度上黑洞的“影子”。黑洞周圍的空間內沒有穩定的軌道，甚至光線本身最終也將落入無限的深洞之中。

超大質量黑洞的第一張照片。它展示了一個黑洞的輪廓，其質量是太陽的65億倍，位於距離地球5500萬光年的M87星系的中心。

圖片來源 NSF

雖然這張黑洞照片轟動一時，但兩個因素使之看起來仍有些模糊。其一是，儘管事件視界望遠鏡結合了世界各地望遠鏡的力量，但是分辨率仍然不夠高，無法看到許多細節。5500萬光年的距離，使得黑洞看起來也相當的小。其二是由於曝光時間長，黑洞周圍旋轉的氣體雲使物體本身變得模糊。

那麼，一張清楚的黑洞照片會長什麼樣呢？

一組由天文學家和物理學家組成的研究團隊決定來探究這個問題。他們利用愛因斯坦的廣義相對論方程，生成了一系列圖像來研究黑洞從遠處看起來的樣子。

M87星系中心黑洞的超高分辨率模擬圖

圖片來源 Johnson et al

下方的三張小圖是黑洞周圍光線在不同時刻的模擬圖。該團隊模擬了真實黑洞的物理屬性，例如其62億倍於太陽的質量，與我們觀測M87星系相匹配的視角和在吸積盤中圍繞它旋轉的物質質量。這一視角非常小，只有50微角秒，而一角秒大約是從5公里外看一個25美分硬幣的大小。因此，這就像是在硬幣上觀察一個微生物一樣。

上方的大圖則是多張照片疊加的結果，以對應科學家們在事件視界望遠鏡的長曝光照片中實際看到的圖像。如果它具有超高的分辨率，我們將會看到一個明亮的略不對稱的圓環，其內部和外部都有一些光線，中間則是明顯的黑色空間。

我們知道圖片中間是黑洞，而事件視界是圍繞着黑洞逃逸速度等於光速的軌道界限。一旦進入，你就再也無法回來。但並沒有這麼簡單，事件視界外的空間也被重度扭曲。因此，黑洞周圍飛過的光的軌道會被彎曲，而彎曲的程度取決於它距離黑洞有多遠。

黑洞周圍扭曲空間中光路的模擬

如視頻所示，黑洞的存在使周圍光線朝向我們彎曲，從而在黑洞本身所在的位置留下了一個不可見的“洞”。黑洞周圍光子的軌道主要呈現三種狀態：稍稍彎曲（科學家稱之為n=0光子，它們從四面八方向黑洞而來，形成了圖中離中心最遠的模糊圈），彎曲

180°（n=1），或者整個彎曲成圓形環繞黑洞一週（n=2，圖中最小的環。受黑洞極強的重力影響，很少有光子能圍繞黑洞轉一圈以上）。這些光子被黑洞彎曲後射向地球，形成圍繞在黑洞周圍的一系列光環。距離太近的光子被黑洞吞噬，形成了中心神秘的黑暗地帶。

那麼，有沒有可能能夠獲得一個黑洞的真實圖像，來佐證這個模擬呢？一種方法是發射多個射電望遠鏡進入太空，以擴大觀測陣列。相鄰望遠鏡之間的距離越遠，分辨率就越高。但是這樣做的問題在於射電望遠鏡的體積必須很大，一般跨度要達到幾十米，然而將這樣大小的東西放入太空並不容易。不知道在未來的幾十年中，我們能否做到這一點？如果可以的話，甚至可以考慮在月球上也建造一些望遠鏡，將它們放置在差不多大小的隕石坑中以保持穩定。如果這一切可以實現的話，我們將獲得與計算結果相媲美的圖像。

但在那之前，根據現有的信息，我們可以推斷出如果你掉進黑洞，看到的景象也是短暫的。因為當靠近黑洞的時候，你的移動速度會接近光速，同時將經受着重力和潮汐力的撕扯以及高能輻射的炙烤。到了那個時候，不論看到的是什麼可能都會被拋之腦後了。

黑洞簡介

『天文時刻』 牧夫出品

微信公眾號：astronomycn

via  肥豆肥彪和ZZ