利用黑洞对广义相对论进行独特的测试，爱因斯坦的理论仍然完好无损

　　如果一张图片胜过千言万语，那么第一张黑洞的地平线图像会告诉我们什么？事件视界望远镜（EHT）合作的研究人员发表了一篇新论文，对M87的中心黑洞进行了著名的成像，提供了许多有启发性的答案。基于对黑洞阴影的分析，该团队对广义相对论进行了一项独特的测试，加深了对黑洞异常性质的理解，并排除了许多替代方案。这项发表在《物理评论快报》上的研究由亚利桑那大学的迪米特里斯·普萨尔蒂斯（IAS成员，2001-03）、高级研究所的莉娅·梅德罗斯（Lia Medeiros）和亚利桑那大学的费亚尔·奥泽尔（IAS成员，2002-05）和皮埃尔·克里斯蒂安领导，并由EHT合作组织合著。

　　黑洞的强烈引力使时空弯曲，就像放大镜一样，导致黑洞的阴影看起来更大。通过测量这种视觉失真，研究小组发现黑洞阴影的大小证实了广义相对论的预测。在超大质量黑洞边缘进行的重力测试代表了物理学的第一次，并进一步证明了即使在最极端的条件下，爱因斯坦的理论仍然完好无损。

　　“这真的只是开始。我们现在已经表明，使用黑洞的图像来测试引力理论是可能的，”梅德罗斯解释说。“一旦我们在自己星系的中心拍摄到黑洞的图像，在未来的EHT观测中，我们将在阵列中增加额外的望远镜，这项测试将变得更加强大。”

　　黑洞阴影不同于日常生活中遇到的阴影。虽然物理物体通过阻止光线穿过来投射阴影，但黑洞可以通过向自身虹吸光线来产生阴影效果。虽然光不能从黑洞内部逃逸，但根据其轨迹，光有可能——尽管不太可能——从事件视界周围的区域逃逸。结果是一片模糊的无人区，就在不归路的尽头，在观察者看来，这是一个阴影。

　　重力测试已经在各种宇宙环境中进行过。在1919年日食期间，第一个广义相对论的证据是基于星光的位移，沿着由太阳引力引起的时空曲率移动。最近，在太阳系外和宇宙尺度上进行了探测重力的测试。例子包括在激光干涉仪引力波观测站（LIGO）探测引力波。鉴于广义相对论所预测的时空的动态性质，引力波就像池塘上的波纹一样在时空结构中传播。

　　新的EHT论文聚焦于一个先前未被探索过的黑洞研究参数空间。除了为重力的所有替代公式提供了一个全新的测试，它还将黑洞图像的约束与其他重力实验的约束联系起来。EHT合作研究的M87中心的超大质量黑洞比太阳大65亿倍。相比之下，引力波探测器监测的恒星质量黑洞的质量范围从五到几十个太阳质量。这种不同的观点对于更全面地理解黑洞的潜在本质至关重要。

　　观察到的黑洞阴影的近似圆形形状也可能导致对一般相对论性无毛定理的检验，该定理指出黑洞完全由其质量、自旋和电荷来描述。换句话说，两个具有相同质量、自旋和电荷的黑洞将被认为是无法区分的——类似于类似亚原子粒子的相同性质。如果检测到几何不规则性，这可能表明存在质量、自旋和电荷之外的额外黑洞属性。

　　在今年发表在《天体物理学杂志》上的另一项研究“非克尔时空中黑洞阴影形状的参数模型”中，Medeiros、Psaltis和o zel通过模拟几个不同的时空和重力理论来探索黑洞阴影的大小和形状。黑洞阴影只取决于周围时空的几何形状，而不取决于吸积过程的天体物理学。

　　EHT合作组织及其成员正在进行的工作将继续揭示黑洞的隐藏框架和可见特征。