视界望远镜 “无限的子环”可能成为下一个拍摄黑洞的先驱者
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本文参加#科学了不起#系列征文赛。简介：EHT望远镜发布的黑洞图像中，围绕M87超大质量黑洞的一个明亮但未被分辨的环，很可能包含一个由无限个子环序列组成的薄“光子环”。如此深刻的凝视将会需要为视界望远镜计划增加一个宇宙里的元件。
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视界望远镜捕捉了特大质量宇宙的黑洞和它的影子，那是在M87星系的中心。（图像：源于视界望远镜计划合作）黑洞的拍摄可能比科学家们目前想到的更加强大和给人启发。去年四月，视界望远镜项目将第一张黑洞的照片公之于众，位于特大质量的M87星系中心。这个有标志意义的照片打开了新世界的大门，让科学家们能够探索前所未有的奇异时空领域。
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而在不久的将来，这个探索可能会更加深入。一项新的研究报告称，EHT图像中最显著的特征是一个在M87超大质量黑洞周围的明亮但未知的环，它很可能包含一个由无限子环序列组成的薄“光子环”。
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研究小组的成员说，这个光子环的复杂结构蕴藏着着关于黑洞信息的宝库，科学家可以通过略微扩展EHT的范围来获取这些信息。“黑洞赐予我们这个礼物，这个信号不像太空里任何已被了解的东西，”第一作者迈克尔·约翰逊说道，他是马萨诸塞州剑桥市哈佛——史密森天体物理中心的天体物理学家。“这不仅仅是一些廉价的图片，‘我们更了解黑洞，'”约翰逊告诉网。“这实际上是一种全新的测量方法。”
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放置一个环EHT拥有全世界八个无线电天文望远镜的网站，一个被认为是甚长基线干涉测量的设备，连接着来形成地球大小的虚拟仪器。这个扩大的照相已经发现了两个超大质量的黑洞了。一个是M87，距离着地球5350万光年远，比地球的太阳系大65亿倍。另一个是银河系的中心黑洞，被认为是人马座A，距离26000光年远并且“只有”430万个太阳的质量。
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EHT团队首先观察了M87星系的黑洞，在较短的时间尺度上变化较小所以更加容易被观察。这个项目希望在不久的将来得到人马座A的图象，EHT团队成员这么说道。当然，这样的图像并不能描绘出黑洞的内部，那不可能实现。除非在一个黑洞的内部，因为这些物体吞噬光。当然，EHT提供了黑洞的剪影，描绘出了它的事件视界，没有回头路也没有任何可以逃脱。EHT图像展现了M87星系黑洞被一个亮环所包裹着，光子是由围绕着这个超大质量物体旋转的高速热等离子体射出的。在最新的研究里，约翰逊和他的同事们认为这个环对宇航员们而言是矿的宝贵来源。
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爱因斯坦的广义相对论预示着在发射光晕中嵌入了一个“光子环”，由一个复杂无线子空间的巢组成，研究者说道。“总之，这组子结构就像是电影的框架，捕捉了从黑洞中可见的宇宙历史。”约翰逊和他的同事在新的报告中这样写道，在三月十八日在《科学》杂志上同步。研究人员说，观看这部“电影”可以揭示有关黑洞和引力性质关键但又难以捉摸的深刻见解。比如说，详细地描述子带可以帮助科学家们确定黑洞的质量和旋转，正是这两个特性定义了这些奇异的物体。“一旦你知道了关于这个系统的两个参数，我们就认为你了解关于黑洞的所有。”约翰逊说。EHT观测者目前允许计算黑洞质量在实际值的10%左右，他补充到，而且它们不会很明显地改变事情。
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一个比地球还大的望远镜EHT联盟是一个由大约由200名研究人员组成的国际团队，长期以来一直计划将数组推向最终的前沿，只要他们的资金允许。毕竟，更大的望远镜包括那些连接着VLBI的设备更加强大。然而约翰逊说，这一前景长期以来似乎令人生畏，当计算表明至少需要六种天基组件才能显著提高EHT的分辨率。然而最新的研究建议研究那个子环不需要这样巨大的资源支出。研究者们决定即使是单个的卫星，或者仅仅是一个在母星上设计好的设备，只要它能将EHT的足迹扩展到足够远的地方，就很有可能实现。约翰逊指着距离地球表面约22200英里(35730公里)的太空地带说：“即使在地球同步轨道上，这对EHT来说也是一个很大的分辨率提升。”“然后，当然，一旦你到达月球，我认为在那里我们将真正看到全新的科学。”
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