全世界数十亿人对首次捕捉到的黑洞图像惊叹不已。这张由活动视界望远镜(EHT)团队拍摄的发光的、模糊的油炸圈饼的照片显示了这个巨大的黑暗区域，一个和我们的太阳系一样大的怪物，像它的同类一样，吞噬了一切——甚至是光——那些离我们太近的东西。
哈佛大学自然基本定律中心(Center for the Fundamental Laws of Nature)的初级研究员亚历山大·卢普萨斯卡(Alexander Lupsasca)回忆起他第一次看到这张照片的那一刻，说:“我的脊梁骨肯定打了个寒颤。”这是令人兴奋的，因为人们对黑洞知之甚少。现在,Lupsasca和哈佛大学的一组科学家的黑洞倡议说,图像可以帮助提供更多的答案:隐藏在发光的戒指是无限数量的子环提供一种方法来捕捉一个甚至更高分辨率的图像和更精确的数据在宇宙的巨大的谜。
“他们矛盾的对象。它们是我们所不了解的东西的缩影，”哈佛大学物理学教授安德鲁·施特罗明格(Andrew Strominger)说。“看到你不理解的东西是非常令人兴奋的。黑洞是现代物理学中最大的谜团之一——在那里爱因斯坦的相对论和量子力学发生了碰撞。科学家们仍然对它们知之甚少——它们的质量，它们旋转的速度，扭曲的时空里有什么。在EHT产生第一张真正的图像之前，斯特罗明格只能用复杂的数学、铅笔和纸来研究它们的奥秘。“当我看到他们的照片时，我哭了，”他说。然后，他问:“我们能从中学到什么?”
斯特罗明格说，令人担心的是，这幅图像只会揭示那些旋转的发光物质的信息，这些发光物质大多是被加热到数十亿度的气体，光在这些气体的背光下绕着它们一圈又一圈地旋转。斯特罗明格称黑洞为“中间的奖品”，它在喷射物上投下了阴影，给科学家们提供了一些关于它质量的模糊线索。
这张照片把像Strominger这样的理论学家和像Michael Johnson这样的观察者聚集在一起，Michael Johnson是EHT团队最近发表在《科学进展》上的研究的第一作者，同时也是黑洞计划的天体物理学家。“这是一个新成果如何推动这些意想不到的新合作的例子，”约翰逊说。
一起,跨学科团队发现了甜甜圈不仅是一个甜甜圈的集合子环的光在薄循环弯曲他们越接近黑洞的视界,边界周围的洞,这是只能进不能退的地步,甚至光消失没有人知道。就在外面，就是研究小组所称的光子壳层。“在那个区域，”卢普萨斯卡说，“引力不足以永远捕获光线，但它足以使光线发生偏转，使它们绕着圈子旋转。“没有什么能像黑洞那样使光弯曲。
正如施特罗明格担心的那样，只有一个光环的图像提供了有关黑洞外地狱的信息，却没有太多关于“奖赏”的信息，他说。但是研究小组有一个解决方案:利用第二环的图像，他们可以比较两个不同时期的黑洞。每个环就像黑洞在不同历史时期的镜像，就像树的环一样。因此，就像一个人在镜子中无限反射一样，这些叠加的图像提供了足够的数据来了解黑洞的基本属性:质量和旋转。
光环也揭示了黑洞是如何扭曲时空的。它们的个体亮度、厚度和形状取决于怪物对周围地理环境的控制。事实上，这些环远非完美的圆——就像一只被下水道的引力吸引住的虫子，每一个环都围绕着黑洞奇异的景观编织出一条弯曲的路径。
事情变得更奇怪的地方是:一个黑洞储存着过去的影像。光是由光子组成的，每一个光子都携带着它所撞击物体的一部分图像。所以当你看到一棵树时，光线打在树上，反射到你的眼睛，你的大脑最终把它像马赛克一样拉在一起。Lupsasca说，被黑洞的引力吸引的光可以循环一次、两次，或者无限次，这取决于它的接近角度。那些最终向地球方向逃逸的黑洞携带着宇宙在进入黑洞引力时的样子的反射。光被捕获的时间越长，它们的图像显示的时间就越早。
“当我们仔细观察这些光环时，第一、第二、第三等等，我们看到的是来自整个可见宇宙的光;我们看到的是越来越遥远的过去，可以说是一部关于可见宇宙历史的电影，”约瑟夫·佩莱格里诺大学科学史和物理学教授彼得·盖里森在黑洞计划的新闻发布会上说。
为了捕获M87黑洞的原始图像，EHT团队需要一个地球大小的望远镜。由于他们无法制造出这么大的仪器，他们创造了一个虚拟的仪器，连接了来自世界各地的多个射电望远镜，提供了黑洞之谜的不同部分。
约翰逊说，这种被称为干涉测量法的观测方法通常需要两台以上的望远镜。但是黑洞的环有一个特殊的性质:它们把它们的性质编码成一个独特的振荡信号。因为这个标记，约翰逊说，“你可以用两个望远镜就知道关于这个环你需要知道的一切。”
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黑洞计划已经有了一个——他们用来观测第一环的虚拟地球大小的望远镜。对于第二种情况，他们只需要在两者之间有一个更长的基线——在轨道上或在月球上就可以了。约翰逊说，较长的基线可以将原始照片的分辨率提高100倍。
今年，COVID-19大流行阻止了EHT捕捉到M87黑洞的新图像。四月是唯一一个天气晴朗的月份，世界各地的望远镜都能拍到清晰的照片。“这令人心碎，”约翰逊说。
尽管如此，研究小组仍然希望他们能在10到20年内拍摄到两颗子行星的高分辨率图像——考虑到第一张黑洞图像只有1年的历史，这是一个很短的时间。
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