三年前，有史以来第一张黑洞照片震惊了全世界。一个被炽热的光环包围的巨型天体，达到65亿个太阳质量，藏在5500万光年之外的M87星系中心。
M87超大质量黑洞照片，也是有史以来第一张黑洞照片。（图／EHT）
这张标志性黑洞图像之所以能成为万众瞩目的焦点，还要归功于事件视界望远镜（EHT）。那是一个由同步射电天线组成的全球网络，就像一台地球大小的望远镜。借助EHT的力量，无数科学家花了数年时间最终得到了M87的高分辨率图像。
但这种方法的局限性同样非常明显，它可能只适用于那些最大的或者最近的黑洞，比如像M87这种巨兽，或者隐藏在我们银河系中心的那个。
现在，一组研究人员已经设计出一种可能更容易实现的方式来凝视宇宙深渊。在《物理评论快报》和《物理评论D》上发表的两项研究中，团队介绍的新型观测技术可以让天文学家研究那些比M87更小的黑洞，有机会看见藏在比M87更遥远的星系中的“天文怪物”。
通过亮度变化寻找黑洞
研究人员首先在早期宇宙的一个遥远的星系中心，发现了一对疑似超大质量黑洞。科学家将这个遥远的星系命名为小突峰（Spikey），因为这对疑似黑洞在旋转运行时，较远的黑洞的发光环会借助引力透镜效应被较近的黑洞放大，从而引发亮度曲线上的一处“突峰”。
为了了解更多关于黑洞的信息，团队建立了一个互相环绕的并合双黑洞模型。
然而，模拟却带来了一个意想不到的结果。每当一个黑洞运行到另一个黑洞前面，都会产生一处出乎意料的周期性亮度下降，这让研究人员十分困惑。起初，他们还以为这是个编程错误，但进一步的详细检查使他们相信，这样一种信号确实存在。
在一对超大质量黑洞并合的模拟中，离观测点更近的黑洞正在不断靠近，因此以蓝色表示（画面1），它通过引力透镜放大了后面较远处红移的黑洞。当最接近的黑洞放大了更远处的黑洞的光（画面2），就能观测到明亮的闪光。但当最近的黑洞经过最远的黑洞的阴影前时，则会观测到亮度的轻微下降（画面3）。这个亮度凹陷（3）在下方光曲线数据中显而易见。（图／Jordy Devalaar）
当他们试图寻找一种物理机制来解释模拟观测到的现象时，他们意识到，每次亮度的下降都与前面一个黑洞经过后面一个的时间密切相关。这种微妙的亮度下降可以持续几小时到几天，具体取决于黑洞质量以及它们相互环绕的轨道。
研究人员认为，如果测量这种亮度下降持续的时间，就可以估计出黑洞事件视界投下的阴影的大小和形状。换言之，这可以作为一种观测黑洞的新技术。
黑洞的阴影既是最神秘的一种特征，也是蕴含着最大信息量的一种特征。那个“黑点”告诉了我们黑洞的大小，它周围时空的形状，以及物质如何落入事件视界附近。它也可能蕴含着引力的真正性质的秘密，从而有机会让物理学家找到广义相对论和量子理论的调和。
新研究设计的新型观测方法示意。通过亮度变化，科学家可以进行更广泛的黑洞观测。（图／Nicoletta Baroloini）
这项技术总结起来其实只有两个主要要求。首先，你需要一对处于并合过程的超大质量黑洞。其次，你需要以一个近乎侧向的角度来观测这对黑洞。它测量的实际上是黑洞在一段时间内的亮度，而并不需要在空间上解析每个天体，因此，应该有可能在更多星系中找到这种信号。
等待进一步确认
目前，开普勒望远镜已经观测到了小突峰中出现的典型亮度变化，研究人员正在寻找其他更多数据，从而验证其中确实藏有一对并合的黑洞。
如果这一切都被证实，这项技术就可以应用在其他一些疑似超大质量黑洞对的观测中，有望确认更多黑洞的存在。随着更多强大的望远镜在未来几年内陆续上线，更多机会也将不断出现。
#创作团队：
编译：Gaviota
排版：雯雯
#参考来源：
https://news.columbia.edu/news/pair-merging-supermassive-black-holes-new-method-measuring-void
#图片来源：
封面图&首图：Jordy Davelaar, Columbia University
发表于 2022-5-14 22:11
收藏
分享