光子环：天体物理学家“发现黑洞周围引力的一个基本特征”

天体物理学家Avery Broderick带领一个研究小组，使用复杂的成像算法，基本上“重塑”了M87星系中心的超大质量黑洞的原始图像。

“这就像我们关掉探照灯去看萤火虫，”Broderick说，他是Perimeter理论物理研究所和滑铁卢大学的副教员。“我们已经能够做一些深刻的事情--发现黑洞周围引力的一个基本特征。”

共同作者、国立台湾师范大学助理教授浦鸿毅说，通过基本上"剥去"图像的元素，"黑洞周围的环境就可以清楚地显示出来"。

为了实现这一目标，研究小组在事件地平线望远镜（EHT）分析框架THEMIS中使用了一种新的成像算法，从M87黑洞的原始观测中分离并提取出明显的环状特征。他们还能够探测到一个从黑洞向外喷射的强大喷流的明显足迹。

科学家们的发现既证实了理论预测，也为探索这些神秘的天体提供了新的方法，这些天体被认为是位于大多数星系的中心。

长期以来，黑洞被认为是不可见的，直到科学家用事件视界望远镜（EHT）--一个横跨全球的望远镜网络。利用位于四大洲的八个天文台，所有这些天文台都指向天空中的同一个点，并以纳秒级的时间联系在一起；EHT的研究人员在2017年观察到了两个黑洞。

EHT合作在2019年首次揭开了M87的超大质量黑洞的面纱。然后在2022年，它揭示了位于我们银河系中心的相对较小但动荡不安的黑洞，称为人马座A*（或Sgr A*）。超大质量黑洞占据了大多数星系的中心，在一个狭小的空间里容纳了非同寻常的质量和能量。例如，M87黑洞的质量是地球的2万亿倍。

尽管科学家们在2019年公布的M87图像是一个里程碑，但科学家们认为他们可以通过更聪明的工作来锐化图像并获得新的洞察力。他们应用新的软件技术来重建2017年的原始数据，寻找理论和模型预测的潜伏在表面下的现象。新产生的图像描绘了光子环，由一系列越来越尖锐的子环组成，然后团队将这些子环堆叠起来以获得完整的图像。

“我们采取的方法包括利用我们对这些黑洞外观的理论理解，为EHT数据建立一个定制的模型，”哈佛-史密森天体物理学中心的团队成员 Dominic Pesce说。“这个模型将重建的图像分解成我们最关心的两块，因此我们可以单独研究这两块，而不是混合在一起。”

这一结果是可能的，因为EHT是一个“核心是计算的仪器”，Broderick说，他在Perimeter研究所担任Delaney Family John Archibald Wheeler主席。“它对算法的依赖程度不亚于对钢铁的依赖程度。先进的算法发展使我们能够探测图像的关键特征，同时以EHT的原始分辨率呈现其余部分。”