黑洞看起来都像甜甜圈,不管它们的大小

在我们银河系中心发布一张非凡的黑洞图像不仅是一项令人难以置信的科学成就——它也与关于黑洞是什么以及这些奇怪物体是如何由重力形成的预测完全一致。

这个黑洞被称为人马座A*,是一种被称为超大质量黑洞的黑洞,它几乎存在于所有星系的中心。对于这样的巨人来说,我们的规模较小:它的质量是太阳质量的 430 万倍,比其他怪物小得多,比如 2019 年拍摄的Messier 87 ,它的质量是太阳质量的 65 亿倍。

EHT 合作组织使用射线追踪技术创建了一系列人马座 A* 的图像,这是一种基于射电望远镜阵列收集的数据和爱因斯坦广义相对论的预测来可视化黑洞特性的技术。此处显示的图像由 UArizona 的 Chi-kwan Chan 创建。
EHT 合作组织使用射线追踪技术创建了一系列人马座 A* 的图像,这是一种基于射电望远镜阵列收集的数据和爱因斯坦广义相对论的预测来可视化黑洞特性的技术。此处显示的图像由 UArizona 的 Chi-kwan Chan 创建。 Ben Prather/EHT 理论工作组/Chi-Kwan Chan

然而,这两个黑洞的图像看起来非常相似,都呈现出独特的甜甜圈形状。这与物理学家的预测完全一致,即无论黑洞有多大,它们看起来都是一样的。

亚利桑那大学的黑洞研究员 Dimitrios Psaltis 在一份声明中解释说:“光看起来像一个环,里面有黑色阴影,这表明它是纯粹的引力。” “这都是爱因斯坦的广义相对论预言的,这是宇宙中唯一不关心尺度的理论。”

这种缩放是不寻常的,因为以不同比例存在的大多数事物看起来都非常不同——Psaltis 给出了蚂蚁和大象的例子,它们看起来非常不同,除其他因素外,它们的质量被支撑的方式。但黑洞似乎不是那样的,因为它们无论大小都是一样的。 Messier 87 的质量是人马座 A* 的 1,500 倍,而且也大得多,正如您在欧洲南方天文台的对比图像中看到的那样。但两者看起来非常相似。

事件视界望远镜 (EHT) 合作拍摄的两个黑洞的大小比较:M87*,位于星系 Messier 87 的中心,以及人马座 A* (Sgr A*),位于银河系的中心。
事件视界望远镜 (EHT) 合作拍摄的两个黑洞的大小比较:M87*,位于星系 Messier 87 的中心,以及人马座 A* (Sgr A*),位于银河系的中心。 EHT 协作(致谢:Lia Medeiros,xkcd)

这意味着即使是非常小的黑洞,如果我们能够对它们进行成像,它们看起来也会像人马座 A* 和 Messier 87 的图像。它们都会显示出类似的甜甜圈形状。

Psaltis 说:“无论我们往哪里看,我们都应该看到甜甜圈,它们看起来或多或少都一样,”这很重要的原因——除了它证实了我们的预测——是没有人喜欢它。在物理学中,我们倾向于不喜欢事物没有锚点、没有定义尺度的世界。”


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