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          [導讀]還記得不久前轟動一時的新聞嗎?2019年4月10日,人類史上首張黑洞照片發布,大家爭相傳閱。這顆被拍攝到的黑洞為M87星系中心的超大質量黑洞,它的質量是太陽的65億倍,距離地球5500萬光年。 據報道,這一重大科學成果

          還記得不久前轟動一時的新聞嗎?2019年4月10日,人類史上首張黑洞照片發布,大家爭相傳閱。

          這顆被拍攝到的黑洞為M87星系中心的超大質量黑洞,它的質量是太陽的65億倍,距離地球5500萬光年。

           

          據報道,這一重大科學成果由全球多國科研人員歷經數年合作完成,光“沖洗”就花了兩年的時間。并且這張黑洞照片對于全人類來說意義非凡,它不僅將為廣義相對論提供新信息,也有助于了解黑洞噴流的形成過程。

          雖然我們都驚嘆于科學史上的這一壯舉,但同時也略感遺憾:由于分辨率相對較低,圖片模糊不清,我們只能看到一個大致的輪廓,卻無法看清它的真面目。

          為此,9月26日NASA發布了一張由計算機模擬的高分辨率新黑洞可視化圖片。它清晰的描述了環繞黑洞的物質所發出的光會被黑洞自身質量產生的重力彎曲,于黑洞周圍形成光環。

          我們都知道,黑洞是空間密度無限大、時空曲率無限高的天體,連光都無法從其事件視界逃脫,但非專業人士很少能清晰了解圍繞超大質量黑洞內部的極端物理現象,NSA的驚艷模擬圖像則為我們提供了這一契機。

          這是一個由黑洞本體、光線、吸積盤等組成的系統,各個部分詳細解釋如下:

           

          (圖片來源:NASA)

          最中間黑色的部分,不是黑洞,而只是黑洞的影子(Blackhole Shadow),約為視界(Event Horizon)的兩倍。

          它外邊的一圈細細的光線被稱為光子圈(Photon Ring),是吸積盤影像多次扭曲后形成的一個“光圈”,其中的光線往往會被黑洞扭曲兩次、三次甚至更多次,才會被外界看到,而且因為太靠近黑洞而變得更暗更弱。

          整個外圍繞著黑洞旋轉的,就是巨大的吸積盤(Accretion Disk),熱熱的、薄薄的一層,由各種高速旋轉、緩慢墜向黑洞的物質、氣體組成,因為強烈的碰撞、輻射而變得極為明亮。

          吸積盤本來是一個正常的圓盤形狀,但是因為黑洞附近光線高度扭曲,我們看到的吸積盤就變成了圖中的樣子。

          上方其實是吸積盤的遠端,黑洞的引力場扭曲了遠端的光線傳播路徑,使之仿佛立了起來而被我們看到。

          下方則是吸積盤遠端的底部,同樣是因為光線被黑洞引力場扭曲而成了這個樣子,屬于一種透鏡效應,但是因為要從黑洞“下方”繞過,所以看起來比上方更小,也不夠完整。

          另外可以看到,吸積盤左側的圖像比右側明亮很多,這是因為此處假設吸積盤逆時針旋轉,左側的物質在朝著觀察者的方向高速運動,由于多普勒效應而變得明亮,右側遠去的則變得黯淡。

          相比之前的黑洞圖像,這次NASA給出堪稱高清版的,是不是看清了更多細節?

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