科学家们认为他们的第一张黑洞照片可能会是什么样子

[更新 2019/4/10：今天宣布了首张黑洞图像。在此查看真实照片。]

人类可能很快就能看到有史以来第一张黑洞的照片。本周，事件视界望远镜 (EHT) 的科学家们宣布，他们将在 4 月 10 日星期三举行新闻发布会，预计届时将公布他们多年来捕捉黑洞图像的成果。

这张照片的样子仍然未知。但科学家们认为他们对黑洞“应该”是什么样子已经有了相当好的 ধারণা。多年来，天文学家们一直在根据物理定律和一些关于奇点附近发生的事情的基本假设运行黑洞模拟。

由此产生的图像预示着我们下周看到真实情况时可能会有什么期待。它们不是“星际穿越”级别的黑洞。但是，它们也是我们目前最逼真的黑洞描绘。

黑洞模拟

第一张图由哈佛大学天体物理学家、参与 EHT 项目的 Andrew Chael 制作。他使用模拟科学家认为望远镜将收集到的数据，创建了上述 M87 的模拟图，M87 是 EHT 正在观测的黑洞之一。

左侧图像来自黑洞的模拟；右侧图像也是模拟，但使用的是与 EHT 可能接收到的数据更匹配的数据。

这一系列图像显示了我们星系中心超大质量黑洞——人马座 A*（发音为 A-star）的描绘。第一张基于模拟，接下来的三张结合了光线穿越星系到达我们时必然会发生的信号散射。科学家们正试图使用一系列滤波器来尽可能减少散射。最后两张图像包含了一些滤波器。

所有这些图像中可见的明亮环是黑洞的吸积盘，那里被吸向中心的物质被加热直到开始发光。

由于多普勒效应，圆盘的一侧看起来更亮。从我们的视角来看，朝我们移动的光似乎移动得更快，而远离我们的光移动得更慢。所以，如果我们从左到右观察一个边缘对准我们且正在移动的吸积盘，光会出现在左边更亮，右边更暗。

这些图像中心的黑暗区域就是黑洞本身——一个引力如此之强以至于光都无法逃脱的空间区域，使其漆黑一片。

这些图像中最逼真的也最不令人兴奋，仅仅因为它们考虑了 EHT 试图成像的黑洞实在太远的这一事实。人马座 A* 距离我们 26,000 光年，而 M87 中那个大得多的超大质量黑洞距离我们约 5500 万光年。

在这样的距离下，这两个天体看起来几乎微小得不可思议。把一个苹果放在月球上，回到地球再看它——这就是这两个黑洞在我们天空中所占的视角大小。EHT 通过在全球范围内使用一个天文台网络协同工作来弥补这一点，创造了一个实际上和地球一样大的相机。

但是，即便如此，EHT 也仅仅够勉强拍到这两个黑洞的照片。基于 EHT 真实数据的模拟产生了模糊的光晕——远非科幻小说中的素材。当然，这是拍摄如此遥远物体的现实。

对科学家来说，图像真正的力量在于它的存在本身。请记住，我们从未真正见过黑洞。直到最近，尽管它们在科幻小说和科学期刊中随处可见，但黑洞一直只是理论上的。

激光干涉引力波天文台 (LIGO) 已经通过引力波探测到了碰撞的黑洞。但这与用我们自己的眼睛看到它们不同。当 EHT 的图像最终到来时，天文学家将能够最终将他们的模拟与现实进行比较，由此产生的数据将为我们提供宝贵的见解，了解物理定律在奇点的极端引力环境中如何运作。

模拟本身在获得这张最终图像方面也将发挥重要作用。由于科学家们无法用天文台覆盖整个地球，EHT 收集的数据存在空白。这意味着他们得到的结果可能以多种不同的方式解释，这取决于科学家们认为空白处是什么。

研究人员将利用模拟来指导他们，做出他们所能做的最明智的猜测，为我们提供一张关于先前看不见的实体的图像。