科学家正在估算两个超大质量黑洞在碰撞过程中的“阴影”

　　科学家们发现了一种估算两个超大质量黑洞在碰撞过程中的“阴影”的方法，这给了天文学家一种潜在的新工具来测量遥远星系中的黑洞，并测试替代的引力理论。

　　三年前，世界被第一张黑洞图像震惊了。一个被炽热光环包围的虚无的黑洞。多亏了事件视界望远镜(EHT)，一个全球同步射电碟形天线网络作为一个巨大的望远镜，梅西耶87星系中心黑洞的标志性图像成为焦点。

　　现在，哥伦比亚大学的两名研究人员设计出了一种可能更简单的凝视深渊的方法。他们的成像技术可以让天文学家研究比M87更小的黑洞，M87是一个质量为65亿个太阳的怪物，隐藏在比M87更遥远的星系中，M87距离我们5500万光年，仍然相对靠近我们的银河系。

　　这项技术只有两个要求。首先，你需要一对处于合并阵痛中的超大质量黑洞。第二，你需要以近乎侧面的角度来看这双鞋。从这个侧面的有利位置，当一个黑洞从另一个黑洞前面经过时，你应该能够看到一个明亮的闪光，因为远处黑洞的发光环被最靠近你的黑洞放大了，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:对应于背后黑洞“阴影”的亮度明显下降。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缠绕得有多紧密。研究人员说：“如果你测量下降持续多长时间，你就可以估计黑洞视界投下的阴影的大小和形状，视界是没有出口的点，在那里没有任何东西可以逃脱，甚至连光也不行。”

　　该研究的第一作者Jordy Davelaar是哥伦比亚大学和熨斗研究所计算天体物理中心的博士后，他说：“数十年来，数十名科学家付出了巨大努力，才制作出M87黑洞的高分辨率图像。”“这种方法只适用于最大和最近的黑洞M87和潜在的我们银河系中心的一对黑洞。”

　　他补充说：“使用我们的技术，你可以测量黑洞随时间的亮度，你不需要在空间上解析每个物体。应该可以在很多星系中发现这种信号。”

　　黑洞的阴影是它最神秘也最能提供信息的特征。“那个黑点告诉我们黑洞的大小，它周围时空的形状，以及物质是如何落入黑洞视界附近的。”合著者Zoltan·海曼说，他是哥伦比亚大学的物理学教授。

　　黑洞阴影可能还隐藏着引力的真实性质，引力是我们宇宙的基本力量之一。爱因斯坦的引力理论，即广义相对论，预测了黑洞的大小。因此，物理学家寻找它们来测试引力的替代理论，以努力调和关于自然如何运作的两种对立观点:爱因斯坦的广义相对论，解释了像轨道行星和膨胀的宇宙这样的大规模现象，以及量子物理学，解释了像电子和光子这样的微小粒子如何能够同时占据多个状态。

　　在早期宇宙中一个遥远星系的中心发现了一对疑似超大质量黑洞后，研究人员开始对超大质量黑洞产生兴趣。美国宇航局的行星搜寻开普勒太空望远镜正在扫描亮度的微小下降，对应于一颗行星从其主恒星面前经过。相反，开普勒最终探测到了海曼和他的同事声称是一对合并黑洞的耀斑。

　　他们将这个遥远的星系命名为“Spikey ”,因为它的疑似黑洞通过透镜效应在每一次完整旋转中相互放大而触发了亮度尖峰。为了了解更多关于耀斑的信息，海曼和他的博士后戴维拉尔一起建造了一个模型。

　　然而，他们感到困惑的是，每当一个黑洞在另一个之前运行时，他们模拟的黑洞对都会产生意想不到的周期性亮度下降。起初，他们认为这是一个编码错误。但是进一步的检查让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靠近观察者的黑洞从后面的黑洞阴影前经过的时间密切匹配。

　　研究人员目前正在寻找其他望远镜数据，试图确认他们在开普勒数据中看到的倾斜，以验证Spikey实际上拥有一对合并的黑洞。如果这一切都被证实，这项技术可以应用到其他几对被怀疑正在合并的超大质量黑洞中，目前已经发现了大约150个黑洞，正在等待确认。

　　随着更多功能强大的望远镜在未来几年上线，其他机会可能会出现。定于今年开放的薇拉·鲁宾天文台已经瞄准了超过1亿个超大质量黑洞。当美国宇航局的引力波探测器LISA在2030年发射到太空时，进一步的黑洞侦察将成为可能。