黑洞正播放着宇宙历史的镜头，而物理学家则努力破译每一帧中的宇宙“史诗”( 二 )
不过，这一切的前提是预设黑洞不会旋转，但实际上黑洞应该会旋转，从而保留其所吸入物质的角动量。
美国纽约巴纳德学院的天体物理学家詹娜·莱文表示，黑洞旋转的字面含义是将时空拖入其周围的漩涡。它附近的所有物体，包括光线，都会被拖着转。不过，没人研究过这个问题，“它太复杂了”。
但GRMHD模拟已证实了基本情况。模拟结果表明，如果我们仔细观察，会发现又细又亮的光子环由无限个子环嵌套组成，每个子环都由光子绕黑洞旋转一定圈数而形成，它们越接近黑洞中心阴影的边缘，就越暗越薄，而且这种变化是指数级的。由于内部子环由具备更多轨道的光组成，故而这些光子会更早被黑洞中心捕获。研究团队在发表的论文中写道：“总而言之，子环的集合类似于电影的帧，从黑洞的视角捕捉到了可见的宇宙历史。”
在橙色光环上，相邻子环间的年龄差为6天。因此，只有为数不多的若干帧能将宇宙历史映射给我们，而且我们所能看见的历史很短暂。按照约翰逊的说法，我们甚至“追溯不到恐龙时代”。
尽管如此，这些光环依然充满价值。首先，它们的大小和形状并不取决于光子的来源，而仅取决于黑洞的性质。这就可以让物理学家通过研究光环来判断黑洞的性质。
目前，研究者估计M87黑洞的质量与65亿个太阳相当，估值误差不超过15%。由于黑洞光环的宽度取决于黑洞质量，卢普萨斯卡认为，如果科学家能分辨出超细光子环并测量其尺寸，那么或许就可以实现误差不超过1%的精确测量。
其次，黑洞周围的旋转时空会将光环略微压扁，因此它们不是完美的圆环形。通过对其形状的分析，我们有望获得关于黑洞旋转的准确数据。这就可能将M87的历史透露给我们——它是否经历了一系列与较小黑洞的随机碰撞，从而令其整体旋转程度降低？抑或它通过从其宿主星系大量获取不断向上旋转的气体，从而增加自身转速？这一切都有待回答。
对广义相对论进行最严格检验
测量黑洞的自旋也能帮我们解释黑洞如何喷发出那些强大的、接近光速传播的物质射流。这些射流从宿主星系中喷出，可以飞行数十万光年的距离，最终以巨大等离子体羽流的形式遍布整个宇宙。
一种为更多人认同的理论是，黑洞的自旋与周围磁场相结合，从而扮演了发电机的角色——产生一个强大电场，大到足以将电子和正电子从真空中抽出，将它们加速成两道射流；每个射流背离黑洞的一个极点而去。
光子环还可作为对广义相对论最严格的检验证据。广义相对论非常适用于地球引力场的弱引力区域。为此，科学家每天都要做数十亿次验证操作，因为验证以时间扭曲为基础——卫星导航通过精确允许相对时间扭曲实现验证。
2004年，美国宇航局（NASA）发射的引力探测器B帮助我们看到了地球自旋引起的参考系拖拽。我们可以将地球自旋看作黑洞周围时空漩涡折兑至地球的极弱化版本。
至于相对论真正发挥作用的极端引力场，目前，由引力波探测器常规采集到的黑洞碰撞形成的回声与爱因斯坦的理论是相符的，但如果要测算黑洞光子环间距，对精确度的要求就会非常高。
莱文认为，这是检验相对论的好方法，因为很难以其他任何方式看到这类内部轨道。如果实测结果与广义相对论的预测有任何偏离，都会有助于物理学家建构一套引力量子理论（长期以来学界一直缺少此类理论的支持），帮助人类搞明白空间和时间是如何组成的、宇宙大爆炸的初始瞬间究竟发生了什么，以及黑洞里面到底有些什么。
编辑：许琦敏
责任编辑：任荃
图片来源：视觉中国
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