科学家模拟两颗黑洞绕行时光线扭曲的景象

黑洞的引力是如此的强大,强大到连光线都无法逃脱出去,所以理论上我们是不知道黑洞长啥样的。但是我们可以通过黑洞周围空间中光线和物质来判断黑洞的存在。科学家也通过引力场导致光线发生扭曲的角度来模拟黑洞的可视外观。

在2021年3月24日,科学家拍摄到了M87超大质量黑洞的直接“影像”,这个黑洞在偏振光下的图片和科学家之前模拟的黑洞非常类似,这也说明之前的模拟技术是比较靠谱的。

科学家模拟两颗黑洞绕行时光线扭曲的景象

最近NASA科学家又在利用这种技术来模拟两个黑洞的场景。在这个场景中,科学家放入了两颗黑洞,一个较大的黑洞拥有2亿倍太阳质量,较小的黑洞只有1亿倍太阳质量。当这两颗黑洞相互绕行的时候,每个黑洞都有自己的吸积盘,然后我们就可以观测到黑洞周围被扭曲的光线,看起来还挺漂亮的。

在这段模拟视频的前半部分中,就好像你从上往下俯瞰两个超大质量黑洞绕着对方旋转,它们的中心是黑洞暗影子,被一个宽阔的吸积盘包围着。

位于吸积盘内缘和黑洞暗影之间的这个薄环被称为光子环(photon ring),这里的引力场非常强,以至于光子被困在黑洞周围的稳定轨道上无法逃离,如果这些光子离黑洞再近一点,它们就会落在视界以内,我们就看不到它们了。随着模拟的继续,观察者的视角向下移动到两个黑洞的轨道平面上。

科学家用两种不同的颜色来代表这两个不同的黑洞,由于引力场所造成的光径弯曲,致使光沿着复杂的弯曲路径运动,这是通过一台强大的超级计算机运算出来的。由于受到伴星引力的影响,每个黑洞的光会变得更加扭曲,这种现象又称为引力透镜效应。

科学家模拟两颗黑洞绕行时光线扭曲的景象

引力透镜效应实际上是观察宇宙深处的一个工具,因为它可以放大更远的物体,而且有时候会在我们的视线上复制出一个相同的天体。星系和星系团也可以是引力透镜效应的一部分,尽管被透镜化的物体看起来不像两个活跃的超大质量黑洞产生的图像那样极度扭曲。

直接对黑洞进行成像是一项非常艰巨的工作,而互绕的超大质量黑洞更加罕见,所以我们不太可能在近期内看到这部影片的真实版本——但这样的模拟可以帮助我们理解超大质量黑洞周围极端环境的物理现象,使科学家能更好地分析观测结果。

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