科企岛科学家发现测量黑洞阴影新方法

　　据科企岛消息，哥伦比亚大学的研究人员发现了一种在碰撞过程中测量两个超大质量黑洞的＂阴影＂的方法，为天文学家提供了一种潜在的新工具来测量遥远星系中的黑洞并测试引力的替代理论。
　　三年前，有史以来第一张黑洞图像震惊了世界。一个黑色的虚无坑，被炽热的光环包围。梅西耶87星系中心的黑洞的标志性图像成为焦点，这要归功于事件视界望远镜，这是一个由同步射电碟组成的全球网络，充当一个巨大的望远镜。
　　现在，哥伦比亚大学的一对研究人员设计了一种可能更容易的方法来凝视深渊。在《物理评论快报》和《物理评论D》的补充研究中概述，他们的成像技术可以让天文学家研究比M87小的黑洞，M87是一个质量为65亿个太阳的怪物，藏在比M87更远的星系中，M87距离我们自己5500万光年，仍然相对接近我们自己的银河系。
　　该技术只有两个要求。首先，你需要一对处于合并阵痛中的超大质量黑洞。其次，你需要以一个近乎侧面的角度来看待它们。从这个横向的有利位置来看，当一个黑洞从另一个黑洞前面经过时，你应该能够看到明亮的闪光，因为更远的黑洞的发光环被离你最近的黑洞放大，这种现象被称为引力透镜。
　　透镜效应是众所周知的，但研究人员在这里发现的是一个隐藏的信号：与后面的黑洞的＂阴影＂相对应的亮度显着下降。这种微妙的变暗可能会持续几个小时到几天，这取决于黑洞的质量，以及它们的轨道有多紧密地交织在一起。研究人员说，如果你测量下沉持续多长时间，你可以估计黑洞事件视界投射的阴影的大小和形状，这是没有出口的点，没有任何东西可以逃脱，甚至没有光线。
　　＂数十名科学家花了数年时间和大量努力才制作出M87黑洞的高分辨率图像，＂该研究的第一作者，哥伦比亚大学和熨斗研究所计算天体物理学中心的博士后Jordy Davelaar说。＂这种方法只适用于最大和最近的黑洞 - M87中心的一对黑洞，也可能是我们自己的银河系。
　　他补充说：＂使用我们的技术，您可以随着时间的推移测量黑洞的亮度，而无需在空间上解析每个物体。应该有可能在许多星系中找到这种信号。
　　黑洞的阴影是它最神秘和最翔实的特征。＂这个黑点告诉我们黑洞的大小，周围时空的形状，以及物质如何落入地平线附近的黑洞，＂共同作者，哥伦比亚大学物理学教授Zoltan Haiman说。
　　黑洞阴影也可能蕴含着引力真正本质的秘密，引力是我们宇宙的基本力量之一。爱因斯坦的引力理论，被称为广义相对论，预测黑洞的大小。因此，物理学家们寻找它们来测试引力的替代理论，以协调关于自然如何运作的两种相互竞争的想法：爱因斯坦的广义相对论，它解释了像轨道行星和膨胀的宇宙这样的大尺度现象，以及量子物理学，它解释了电子和光子等微小粒子如何同时占据多个状态。
　　研究人员对在早期宇宙中一个遥远星系的中心发现了一对可疑的超大质量黑洞后，对耀斑超大质量黑洞产生了兴趣。美国宇航局的行星狩猎开普勒太空望远镜正在扫描亮度的微小下降，对应于一颗行星在其主星前面经过。相反，开普勒最终探测到海曼和他的同事们声称是一对合并黑洞的耀斑。
　　他们将遥远的星系命名为＂Spikey＂，因为其可疑的黑洞通过透镜效应在每次完全旋转时相互放大而触发的亮度峰值。为了更多地了解耀斑，海曼用他的博士后Davelaar建立了一个模型。
　　然而，当他们模拟的一对黑洞每次在另一个黑洞前面运行时产生意想不到的，但周期性的亮度下降时，他们感到困惑。起初，他们认为这是一个编码错误。但进一步的检查使他们相信了这个信号。
　　当他们寻找一种物理机制来解释它时，他们意识到亮度的每次下降都与最接近观察者的黑洞在后面的黑洞阴影前经过所需的时间非常匹配。
　　研究人员目前正在寻找其他望远镜数据，试图证实他们在开普勒数据中看到的下降，以验证Spikey实际上藏有一对合并的黑洞。如果一切都检查出来，这项技术可以应用于迄今为止已经发现的150个左右的少数其他可疑的合并超大质量黑洞，这些黑洞正在等待确认。
　　随着更强大的望远镜在未来几年上线，其他机会可能会出现。维拉鲁宾天文台（Vera Rubin Observatory）将于今年开放，其目光投向了超过1亿个超大质量黑洞。当NASA的引力波探测器LISA在2030年发射到太空时，进一步的黑洞侦察将成为可能。
　　＂即使这些黑洞双星中只有一小部分有合适的条件来测量我们提出的效果，我们也可以找到许多这样的黑洞倾角，＂Davelaar说。
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