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    用黑洞阴影测试引力理论能力

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      普朗克

      我们能区分黑洞吗?法兰克福天体物理学家,波恩马克斯·普朗克射电天文研究所以及Nijmegen,在BlackHoleCam项目中合作,通过计算非爱因斯坦的黑洞的第一个图像来回答这个问题:目前很难分辨出它们与标准黑洞的区别。关于爱因斯坦的相对论,最基本的预言之一就是黑洞的存在。尽管最近通过LIGO发现了来自二进制黑洞的引力波,但是使用电磁波的直接证据仍然是难以捉摸的,天文学家们正在用射电望远镜寻找它。

      用黑洞阴影测试引力理论能力

      合成阴影图像的Sgr A*为一个Kerr黑洞(顶行)和一个非旋转的dilaton黑洞(底部行)。在每一种情况下,左边的面板是指由一般相对论磁铃动力学模拟产生的图像,而右边的面板是指在考虑到现实的观测条件后重建的图像。图片:Fromm/Younsi/Mizuno/Rezzolla (Frankfurt)

      第一次BlackHoleCam合作者在伦理委员会资助项目,包括法兰克福歌德大学天体物理学家、马克斯·普朗克射电天文学研究所(MPIfR)波恩和内梅亨大学奈梅亨,相比自洽和现实的影子图像的吸积黑洞——例如黑洞候选人马座A *(Sgr A *)在我们银河系的中心——无论是在广义相对论和引力理论不同。我们的目标是测试爱因斯坦的黑洞是否可以与其他重力理论的黑洞区别开来。不是所有由物质落入黑洞产生的光线(或光子)都被黑洞所困,这是一个时空的区域,没有任何东西可以逃脱。其中一些光子会到达遥远的观测者,所以当一个黑洞被直接观测到的时候,在背景的天空中会出现一个“阴影”。这个阴影的大小和形状取决于黑洞的性质和引力理论。

      因为从爱因斯坦的相对论中最大的偏差被认为是非常接近视界的,而且由于引力的替代理论对影子的性质做出了不同的预测,所以Sgr A*的直接观测代表了一种非常有前途的方法来测试最强大的体系中的引力。制造黑洞阴影的图像是国际事件视界望远镜合作(EHTC)的首要目标,它将来自世界各地望远镜的无线电数据结合在一起。科学家BlackHoleCam团队在欧洲,那些EHTC的一部分,现在已经进一步调查是否可以区分“克尔黑洞从爱因斯坦的重力和“dilaton”黑洞,这是一个可能的解决方案的另一个的引力理论。研究人员研究了物质坠入两种非常不同类型的黑洞的演化过程,并计算出产生这些图像的辐射。

      此外望远镜和星际介质的真实物理条件被用来创造物理逼真的图像。为了捕捉不同黑洞的影响,我们使用了接近相同初始设置的吸积盘的真实模拟。这些昂贵的数值模拟使用了最先进的代码,并在研究所的超级计算机LOEWE上使用了几个月的时间。此外,预期的无线电图像显然具有有限的分辨率和图像逼真度。当使用现实的图像分辨率时,科学家们惊奇地发现,即使是高度非爱因斯坦的黑洞也可以将自己伪装成正常的黑洞。

      研究结果表明,在引力理论中,黑洞可以假以爱因斯坦的身份出现,因此分析EHT数据的新技术可能需要把它们区分开来,”法兰克福大学的教授、法兰克福团队的负责人Luciano Rezzolla说。“虽然我们认为广义相对论是正确的,但作为科学家,我们需要思想开放。”幸运的是,未来的观察和更先进的技术将最终解决这些疑问。事实上正在积极寻找的来自轨道脉管的独立信息,将有助于消除这些含糊不清的信息,”迈克尔·克雷默(Michael Kramer)说,他是波恩无线电天文研究所(MPI)的主管。Heino Falcke (Radboud University的教授),20年前提出用射电望远镜来成像黑洞的阴影,他对此持乐观态度。毫无疑问,EHT最终会获得黑洞阴影的有力证据。这些结果鼓励我们改进我们的技术,超越当前的艺术状态,从而使未来的图像更加清晰。

      博科园-科学科普|参考期刊文献:Nature Astronomy|来自:马克斯普朗克协会

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