這是看到黑洞光子環的條件
來源：骨軟筋酥網
時間：2025-12-10 06:46:46
M87*的EHT圖像與其光子環的對比。鳴謝:uux.cn/左:EHT合作，光環右:A.E. Broderick等人，黑洞2022
（神秘的光環地球uux.cn）據《今日宇宙》（布萊恩·科柏林）：超大質量黑洞是難以捉摸的生物。巨大的黑洞引力怪獸可以為極其明亮的類星體提供能量，或者可以靜靜地潛伏在星系核心的光環明亮恒星中。我們主要是黑洞通過它們明亮的吸積盤或它們產生的強大等離子體射流來間接研究它們，但我們已經能夠更直接地觀察它們，光環例如我們的黑洞M87*和Sag A*圖像。
但是光環我們仍然沒有捕捉到神秘光子環的直接圖像。發表在《航天學報》上的黑洞一篇新論文提出了如何做到這一點。
黑洞不外乎是光環一個扭曲的時空結構。它們是黑洞由視界的存在來定義的，視界是光環一個封閉的表面邊界，光只能穿過它一次。黑洞這是一條不歸路。任何穿過黑洞視界的東西都永遠被其引力陷阱所束縛。
但是在黑洞附近還有其他定義結構，比如光子殼。這是光子穩定圓軌道的內部極限。理論上，光子殼中的光可以永遠圍繞黑洞運行，盡管在現實中，微小的引力波動會使軌道隨著時間的推移而變得不穩定。如果視界半徑為R，那么光子殼半徑為1.5R。
我們無法直接觀察到事件視界或光子殼，但我們可以觀察到下一個最接近的特征。這就是眾所周知的光子環，它是由光子擦過黑洞如此之近以至于它們的路徑直接朝著我們偏轉而形成的一圈薄薄的光。對于一個簡單的黑洞，光子環的半徑約為2.6R。
對于一個真實的旋轉黑洞來說，事情有點復雜，因為黑洞的自旋在旋轉方向上增強了光子的能量，但無論是哪種情況，光子環都是我們可以從遠處觀察到的最近的黑洞結構。因此，它可以告訴我們很多關于黑洞的信息，以及愛因斯坦的引力理論是否準確。
M87*的光子環是在我們目前擁有的黑洞的EHT圖像中捕捉到的，但它并不清晰。一些研究認為，我們可以從背景中提取光子環數據，但這一直存在爭議。捕捉光子環的一個主要問題是電流達到了分辨率的極限。
我們竭盡全力才得到M87*和Sag A*的模糊圖像。有計劃建造下一代事件視界望遠鏡(ngEHT)，擁有更多的天文臺和更靈敏的探測器，但即使這樣也不足以看到光子環。
因此，這項新研究提出了一個天基甚長基線干涉儀(VLBI)星座。天線可以放置在寬闊的地球軌道上，或者地球和月球之間的L2拉格朗日點軌道上。沒有地球大氣層的干擾，這個星座的接收器可以捕捉比地面觀測站更短波長的無線電光。
通過將天線放置在橢圓軌道上，該陣列可以獲得比地球直徑寬得多的有效基線。這兩個特征將允許天文學家捕捉M87*和Sag A*的高分辨率圖像，并觀察它們的光子環。提議的望遠鏡還能夠捕捉其他超大質量黑洞的低分辨率圖像，例如仙女座星系中的黑洞。
這項研究是對概念的驗證。我們要建造這樣的望遠鏡還需要幾十年的時間，要實現這樣的設計，還需要解決幾個工程上的挑戰。但這些想法值得思考。光子環是黑洞天文學的圣杯，只有我們努力到達比目前更遠的地方，我們才能抓住它。
