黑洞“无限子环”：神秘环状结构保存宇宙珍贵信息

黑洞视界望远镜拍摄到超大质量黑洞图像，该黑洞的阴影位于M87星系中心区域。

黑洞光子环可能由无数子环构成

未来几年，科学家将更加深入地探索黑洞，最新一项研究表明，黑洞视界望远镜拍摄到黑洞最显著的特征——即M87超大质量黑洞周围环绕着一个明亮、神秘的环状结构，但是，迄今黑洞环的结构仍是一个未解谜团，很可能黑洞环中包含稀薄的“光子环”，这个光子环是由无限数列的子环构成。

研究小组称，光子环的复杂结构保存着有关黑洞的珍贵信息，科学家能够通过扩展黑洞视界望远镜观测范围，获取这些重要信息。

研究报告作者、哈佛-史密森天体物理中心天体物理学家迈克尔·约翰逊（Michael Johnson）说：“黑洞送给了我们一个礼物，黑洞光子环所包含的信息不同于天文学家所研究过的任何天体目标。这些照片能更便于我们了解黑洞，实际上是一种更全新的测量方法。”

黑洞视界望远镜项目是由分布全球各地的8个陆基射电望远镜组成的网络，这些望远镜连接在一起构成一个地球大小的虚拟设备，该技术被称为“甚长基线干涉测量技术（VLBI）”。

这个庞大的望远镜网络一直在观测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黑洞，它被称为人马座A*，它距离地球26000光年，质量大约是太阳的430万倍。

首先，EHT研究人员观察了M87黑洞，该黑洞在短时间内变化较小，因此他们希望尽快获得人马座A*的图像数据。由于黑洞会吞噬光线，这些图像并未描绘出黑洞内部状况，然而EHT项目提供了黑洞轮廓，描绘出黑洞视界，该区域的任何事物都无法逃离黑洞的引力束缚。

EHT项目图像显示，M87黑洞的侧影被一个明亮的光子喷射环包围着，光子喷射环是由环绕超大质量黑洞的快速移动炽热等离子构成。在这项最新研究中，约翰逊和同事认为，这个黑洞光子环是天文学家能够深入探索的重要资源。

黑洞子环就像电影的帧数

在爱因斯坦的广义相对论中，黑洞释放光环中内嵌一个“光子环”，其自身是一个复杂的无限子环结构。

一篇最新论文中指出，这组子环就像一部电影的帧数，能够从黑洞洞悉宇宙的历史。观看这部“电影”可以揭晓有关黑洞和引力性质的关键因素，例如：详细描述黑洞子环可以帮助科学家确定黑洞的质量和旋转，这两个特性可以定义这些奇特的黑洞。

一旦你知道黑洞的这两个参数，就会认为自己知道关于黑洞的一切，当前EHT观测允许黑洞质量与实际质量存在10%误差，但并未揭示关于黑洞旋转的太多信息，但是地球之外的太空望远镜或许会发现重要数据。

比地球更大的望远镜

EHT联盟是一支国际研究小组，成员大约有200名研究人员，长期致力于将人类观测范围扩大至太空领域，前提是资金充足。毕竟更大的望远镜，例如：通过甚长基线干涉测量技术（VLBI）连接在一起的望远镜网络勘测能力更强大。

但这一前景计划存在巨大挑战，因为计算数据显示，至少需要6个太空望远镜架构才能显著提高黑洞视界望远镜的分辨率。然而，最新研究表明，研究黑洞子环并不需要如此大的资金支出。研究人员认为，只有黑洞视界望远镜只要延伸至足够远的太空区域，即使是一颗人造卫星，或者仅是主航天器上的机载仪器，也有可能做到这一点。

即使在地球同步轨道上，这种太空黑洞视界望远镜分辨率将大幅增强，这里指的是距离地球表面大约35730公里的太空区域，同时，对于一个太空区域适当扩展的黑洞视界望远镜，子环信息很容易被测量。

这看起来像是魔法，在这种情况下，我们甚至能将黑洞视界望远镜分辨率提高两倍，如果通过一条很长的天基线路，我们也许能将黑洞视界望远镜分辨率增强100倍。这样的太空黑洞视界望远镜将形成一个庞大的网络，甚至比地球更大。

这一里程碑项目并非近在眼前，但也可能不会太遥远，黑洞视界望远镜可能需要10年的时间去获得一个太空组件。