更接近黑洞的边缘？探知黑洞事件视界
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地理学家在银河系中间超大品质黑洞外发明了一些热门，它们的行动让咱们更近间隔地看到了那个充满暴力的环境。迷信家们第一次在银河系中间的黑洞四周发明了晃动物体。丈量成果注解，这类物资可以或许由等离子体团组成，并且正在物理定律允许的最内层轨道邻近扭转。假如真是如斯，地理学家们就有机遇察看黑洞四周的“游乐场镜像（funhouse-mirrored）时空”。随着光阴推移，额定察看将会注解那些已知的物理定律是否真的描述了边沿时空崩溃环境。地理学家曾经知道银河系有一个黑洞，重约400万个太阳。从地球上看，这个黑洞是人马座中一个密集、微小的物体，从纽约望去，它在天地面的大小只要洛杉矶草莓种子那末大。当星际气体扭转进入黑洞时，它会发光。在地理图象中，一个强劲的红外光标记出银河系的暗心，地理学家称之为人马座A*(念作“A星”)。
地理学家在银河系中间超大品质黑洞的最内层轨道外发明了一些事物。图片：Olena Shmahalo/Quanta Magazine这个设法主意最早于2005年由A·布罗德里克（A.Broderick）提出，他如今在加拿大圆周实践物理研讨所和滑铁卢大学与哈佛大学艾维·劳埃伯（Avi Loeb）共同研讨黑洞为何会闪耀。加州大学洛杉矶分校(University of California" Los Angeles)欧洲研讨小组的长期竞争对手、地理学家安德里亚·盖兹(Andrea Ghez)补充说：彷佛得到了一些真正使人高兴的器械。假如这些扭转耀斑是由布罗德里克和劳埃伯设想的热门引起，那末额定的耀斑将有助于揭示黑洞的“自旋”，即黑洞扭转的丈量值。这也为在黑洞口曲折时地面戳穿爱因斯坦的广义相对论供给了新途径。布罗德里克说：偶尔出现的准确弥补了我在黑板上挠头的次数，这便是为何成为一名迷信家如斯风趣的缘故原由。
位于智利塞罗帕拉纳尔的超大千里镜阵列上的4个千里镜收回的光可以或许组合在一起，实际上便是一个巨大的千里镜。图片：ESO1、GRAVITY
自上世纪90年代以来，加州大学洛杉矶分校的盖兹（GHEZ）小组和由德国加兴马普外层空间物理研讨所(Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics)莱因哈德·根策尔（Reinhard Genzel）领导的欧洲团队，不停在应用更加精确的技巧来办理银河系中间四周恒星的轨道成绩。今年夏天，根策尔的团队发表了一项关于广义相对论若何影响一颗经过黑洞邻近恒星的光的丈量数据；盖兹团队的一篇类似论文今朝正在审查中，从实验开始在超大品质黑洞邻近探索引力若何事情的能力来看，这是一个了不起的时刻。自去年以来，欧洲团队曾经拥有了奇特的四架巨型千里镜，并在引力的项目中引用了它。
在一个夜晚，欧洲南方地理台(European Southern Observatory)在Cerro Paranal架设了4台8米高的千里镜，俯瞰着智利的阿塔卡马沙漠(Atacama desert)。GRAVITY利用干预术的技巧，将多个千里镜的观测成果被结合在一起，从而发生人造图象，而这些图象只要非常庞大的真实千里镜才能制作出来。要在红外线波长（靠近人眼能感知的波长)中做到这一点，必要实时混杂光芒，以避免丢失症结信息。加兴马普物理学家和GRAVITY的领导者弗兰克·艾森豪尔（Frank Eisenhauer）说：7月22日当人马座A *爆发，每个千里镜所网络的光芒都穿过一个Rube Goldberg式的镜子和光缆，这些镜子和光缆追踪出一条总长度不超过头发宽度1/1000的路径。
在一个3吨重的光学技巧冷冻工具箱里，这些光波混杂在一起，它们的波峰和波谷合并和抵消，发生不可思议的脆性地位丈量。尽管如斯，GRAVITY仍然没有足够高的分辨率来拍摄它所看到的三个耀斑。但它对天地面强劲的微点丈量，将缩小导致射手座闪耀的缘故原由的选择范围。假如能近间隔观看它们，这些耀斑可以或许是从黑洞向外发射的热等离子体块，它们由磁场聚焦并发射出去的物资放射而成。又或许，它们可以或许是在大飞盘中流出的热气团（或许其余圆盘结构，好比旋臂），而后流入黑洞。在所有环境中，光的闪耀和变暗将来自物资自己的灼热冷却。布罗德里克和劳埃伯设法主意也涉及到被热摧毁的等离子体团。等离子体会在黑洞邻近构成，就像太阳耀斑同样。
在太阳表面上，荆棘状的磁场相互缠绕在一起，当磁场突然构成新形状时，就会放射出灼热的等离子体。类似的事情也可以或许发生在黑洞四周的气体中，黑洞也拥有强大的纠缠不清的磁场。在这类环境下，亮度调节不是由雀斑团自己控制，而是由雀斑团的轨道决议。当它在一个巨大的黑洞中快速扭转时，广义相对论预测的歪曲时空会将热门光聚焦到一束光中。当光束扫过地球时，咱们可以或许丈量黑洞的闪耀程度。布罗德里克说：黑洞就像灯塔的镜片，当它在咱们四周转动时，它会向咱们收回闪光。假如放射物引起了黑洞闪耀，这类活动将是线性的，因为小团物会向外挪动并冷却。假如是黑洞四周圆盘上的团块造成的，活动就不会朝着任何特定的一致方向进行。但该研讨小组觉得，圆周活动支持轨道热门。
波恩马普射电地理学研讨所的天体物理学家冈瑟·维泽尔(Gunther Witzel)说：有一个特别的事实让我倾向于信任这个成果。GRAVITY还发明，耀斑在极化过程中挪动收回的光，遵循与轨道活动雷同的粗略光阴尺度，热门收回的光将被极化，当光斑穿过曲折时空时，它的偏振会在全部轨道上歪曲。对于天体物理学家来说，这类在奇特环境下对等离子体的任何一个小动作都很风趣。慕尼黑路德维希马克西米利安大学(Ludwig Maximilian University)的宇宙学家尼科哈马斯(Nico Hamaus)说：咱们面对着一个完全陌生的新环境，这便是为何人们对正在发生的事情有如斯模糊的设法主意。不过，如今实践家们盼望这些热门地区可以或许让人们对爱因斯坦的引力实践发生激烈的疑问。
2、探知视界
假定咱们将去黑洞旅行，当你靠近黑洞时，一般而言你有一次转头的机遇——黑洞边沿视界。但也许你转头的时机将更早——天体物理学家称之为最内部稳定的圆形轨道(ISCO)。在星系中间黑洞四周的热门彷佛在这个边界之外轨道上运转。这类轨道的存在是牛顿和爱因斯坦引力实践的一个症结区别。在牛顿引力实践中，只要你不断提高速率，就可以或许随心所欲地绕着物体扭转。但在爱因斯坦看来，扭转能量必要更多引力。在一定的间隔范围内，跑得更快只会加速你的堕落。假如黑洞是器械消散的排水沟的话，这个最内部的圆形轨道就像是水槽。环抱着边沿飞行的光源是大自然母亲给与咱们的礼物，黑洞的品质和扭转速率决议了ISCO的地位，和一个热门在给定半径内轨道得运转光阴。
广义相对论觉得，除了品质和自旋外，没有其余身分决议物体若何环抱天体物理黑洞运转。盖兹和根策尔曾经确定了黑洞的品质。虽然他们还不能计算出它的自旋，但随后的耀斑，尤其是较亮的耀斑，应该有助于确定它的地位。黑洞的自旋会拖曳四周空间，改变邻近物体进入轨道所需的光阴。当GRAVITY建立了一个耀斑目录，探测它们以分歧半径绕黑洞运转的轨道必要多长光阴，迷信家们将可以或许推断出黑洞自旋是什么。当然这是假定广义相对论是准确的环境下所做的推断，黑洞四周物体的轨道完全由黑洞的品质和自旋决议。假如存在影响这些轨道的其余身分，这可以或许暗示着爱因斯坦的实践必要调整。
德国加兴马普外层空间物理研讨所(Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics)天体物理学家莱因哈德·根策尔应用超大千里镜阵列中的四个千里镜来研讨银河系中间黑洞的四周地区。图片：Max Plank Institute for Physics除此之外还有一个更使人高兴的机遇即将到来，来自于视界千里镜或许EHT，正在努力办理银河系中间黑洞四周时空成绩。EHT团队今朝正在研讨他们的数据，盼望在2019年的某个时候发布。EHT也通过干预丈量来抑制其不可以或许的清晰视觉。然则它在无线电波下事情，比红外发射引力线长一千倍。它的组成部分覆盖全部世界，而不仅仅是智利的一个山顶。当地球扭转时，这些地理台扫过的空间，将会网络更多的信息。在耀斑期间GRAVITY以惊人的精度——每30秒丈量一次黑洞的地位，而EHT的目标则分歧：环抱在黑洞边沿ISCO内部无线电波曲折的长暴光图象。
EHT的主管、哈佛大学的德尔曼(Doeleman)说：然则GRAVITY发明的像热门同样的摆动供给了一个新机遇，假如这些事件经常发生，而且看起来确实如斯，那对每个人来说都是好消息。假如振动也发生在无线电波长，EHT可以或许跟踪它们的微小挪动地位。假如他们信任围绕黑洞的器械在过去的察看——好比，在过去和引力看着雷同的耀斑在同一个晚上消散，团队可以或许打破他们的长光阴暴光成连续的帧，用数学模型来发生一个实际电影围绕的热门。德尔曼说：咱们可以或许用互补的方式，用分歧的仪器测试同样的器械，这才是真正的迷信。
博科园-迷信科普｜参考期刊文献:《地理与天体物理》文：Joshua Sokol/Quanta magazine/Quanta Newsletter论文pdf：aanda.org/articles/aa/pdf/2019/10/aa34294-18.pdf博科园-传递宇宙迷信之美
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