神秘环状结构保存宇宙珍贵信息

根据美国太空网站，科学家拍摄的黑洞图像比之前认为的更强更有启发性。2019年4月，黑洞地平线望远镜项目(EHT)首次发布了黑洞图像。这些标志性的照片为科学家探索宇宙打开了一扇门，让他们以前所未有的方式探索奇怪的宇宙领域。

黑洞的光子环可能由许多子环组成

在未来几年，科学家将更深入地探索黑洞。最新研究表明，黑洞视界望远镜已经捕捉到了黑洞最显著的特征——M87超大质量黑洞被一个明亮而神秘的环状结构所包围。然而，黑洞环的结构仍然是一个未解之谜。黑洞环很可能包含一个薄的“光子环”，它由无限系列的子环组成。

研究小组表示，光子环的复杂结构包含了关于黑洞的宝贵信息，科学家可以通过扩大黑洞地平线望远镜的观察范围来获得这些信息。

哈佛-史密森尼天体物理中心的天体物理学家、该研究的作者迈克尔·约翰逊说:“黑洞给了我们一份礼物。黑洞光子环中包含的信息不同于天文学家研究的任何天体。这些照片可以让我们更容易理解黑洞，这实际上是一种全新的测量方法。”

黑洞地平线望远镜项目是由分布在世界各地的八个地基射电望远镜组成的网络。这些望远镜连接在一起形成了一个地球大小的虚拟装置。这项技术被称为“甚长基线干涉测量法”。

这个巨大的望远镜网络一直在观察两个超大质量黑洞，一个是M87黑洞，它距离地球5350万光年，大约是太阳质量的65亿倍。另一个是银河系中心的黑洞，叫做人马座A*。它距离地球26000光年，质量是太阳的430万倍。

首先，EHT研究人员观察到M87黑洞，它在短时间内变化很小，所以他们希望尽快获得射手座A*的图像数据。由于黑洞消耗光，这些图像不能描绘黑洞的内部条件。然而，EHT项目提供了黑洞的轮廓，描绘了黑洞的地平线，在这个领域没有任何东西可以逃脱黑洞的引力限制。

EHT项目的图像显示，M87黑洞的轮廓被一个明亮的光子喷射环所包围，该环由围绕超大质量黑洞的快速移动的热等离子体组成。在这项最新的研究中，约翰逊和他的同事认为这个黑洞光子环是天文学家可以深入探索的重要资源。

黑洞子环就像电影中的帧数。

在爱因斯坦的广义相对论中，“光子环”嵌入在黑洞的释放环中，释放环本身是一个复杂的无限子环结构。

最近的一篇论文指出，这组子环就像电影中的帧数一样，可以从黑洞中辨别宇宙的历史。观看这部“电影”可以揭示与黑洞和引力特性相关的关键因素。例如，对黑洞子环的详细描述可以帮助科学家确定黑洞的质量和旋转，从而定义这些奇特的黑洞。

一旦你知道了黑洞的这两个参数，你就会认为你对黑洞了如指掌。目前的EHT观测允许黑洞的质量和实际质量之间有10%的误差，但是它没有揭示太多关于黑洞旋转的信息，但是地球以外的太空望远镜可能会发现重要的数据。

比地球大的望远镜

EHT联盟是一个拥有大约200名研究人员的国际研究团队。只要有足够的资金，它长期以来一直致力于将人类观测的范围扩大到空间领域。毕竟，更大的望远镜，比如那些通过甚长基线干涉测量法连接的望远镜，更有能力测量网络。

然而，这一前景计划面临着巨大的挑战，因为计算数据显示，至少需要六个空间望远镜架构来显著提高黑洞地平线望远镜的分辨率。然而，最新的研究表明，研究黑洞子环并不需要这么大的资本支出。研究人员认为，只有黑洞地平线望远镜能够做到这一点，如果它延伸到足够远的空间，即使它是一个人造卫星或主航天器上的一个机载仪器。

即使在地球同步轨道上，这个太空黑洞地平线望远镜的分辨率也会大大提高，它指的是离地球表面大约35730公里的空间区域。与此同时，子环信息可以很容易地通过适当扩大空间面积来测量黑洞视界望远镜。

这看起来像魔法。在这种情况下，我们甚至可以将黑洞视界望远镜的分辨率提高一倍。如果我们穿过一条很长的天基线，我们也许能把黑洞视界望远镜的分辨率提高100倍。这样的太空黑洞地平线望远镜将形成一个巨大的网络，甚至比地球还要大。

这个里程碑式的项目并不迫在眉睫，但可能不会太远。黑洞地平线望远镜可能需要10年才能获得一个空间组件。