宇宙学 · 恒星与黑洞 · 太阳系
17路(17LUBBS) · 看见更远的宇宙

黑洞照片拍到的到底是什么?

判定:不成立

一句话:不是黑洞本身——黑洞不发光。拍到的是它周围约 5000 万度等离子体发出的同步辐射,中间那个暗区是光子被吞掉后留下的缺口,也就是黑洞阴影。阴影的直径约为视界的 2.6 倍,因为引力透镜把视界背后的光也弯了进来。

这个说法是怎么来的

报道里「人类第一张黑洞照片」这个说法省略了「阴影」两个字,读起来就像拍到了黑洞实体。

阴影为什么比视界大

决定阴影边界的是光子球,位于 1.5 r_s。光子在这一层可以绕黑洞转圈,任何从更内侧射出的光都会被捕获。加上引力透镜的放大效应,最终看到的暗区直径约 2.6 r_s,比视界大出一倍多。

为什么是环不是盘

如果是简单的薄盘,多普勒束并会让朝向观测者的一侧亮得多。但 M87* 的环亮度不对称度远低于预期,这个「太对称」本身就是研究课题——可能说明盘是几何厚、光学薄的,或者存在其他辐射机制。

两张黑洞图像
目标发布环直径
M87*2019 年约 42 微角秒
Sgr A*2022 年约 52 微角秒

什么时候这个说法「有点道理」

「看到黑洞」在其他意义上都是真的:恒星绕银心黑洞的轨道、引力波信号、吸积盘的光变,都是黑洞存在的直接证据。只有成像这一条通道,看到的是阴影而不是视界以内的东西。

依据

常见问题

为什么照片那么模糊?

因为分辨率刚好够分辨环的轮廓。EHT 在 1.3 毫米波段的角分辨率约 31 微角秒,而环的直径约 42 微角秒——只有几个分辨元,不可能更清晰。

为什么 M87* 的环比 Sgr A* 小而 Sgr A* 看起来更大?

Sgr A* 的质量约 400 万太阳质量,M87* 约 65 亿,但 M87* 远得多。阴影的角直径与 M/D 成正比,两者算下来分别是 42 与 52 微角秒,恰好接近。

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