NASA绘制出黑洞清晰图像 这张图像是怎么绘制而成的?

2019-09-29 11:02

  说起宇宙中最强大、最神秘的黑洞,你脑海中会浮现出什么样的图像?

  一般影视以及科普作品中,往往都是这样的:巨大的吸积盘围绕黑洞旋转,两端是高速喷射流,一切宇宙物质乃至光线都被无情地吸入其中。

  今年4月份,人类史上第一张黑洞照片公布,虽然很模糊,但我们终于真切地“看”到了黑洞。

  现在,NASA(美国航空航天局)以严谨的科学态度,绘制出了清晰的黑洞面貌,一个扭曲、壮美的世界。

NASA绘制黑洞图像

  这是一个由黑洞本体、光线、吸积盘等组成的系统,各个部分详细解释如下:

  最中间黑色的部分,不是黑洞,而只是黑洞的影子(Blackhole Shadow),约为视界(Event Horizon)的两倍。

  它外边的一圈细细的光线被称为光子圈(Photon Ring),是吸积盘影像多次扭曲后形成的一个“光圈”,其中的光线往往会被黑洞扭曲两次、三次甚至更多次,才会被外界看到,而且因为太靠近黑洞而变得更暗更弱。

  整个外围绕着黑洞旋转的,就是巨大的吸积盘(Accretion Disk),热热的、薄薄的一层,由各种高速旋转、缓慢坠向黑洞的物质、气体组成,因为强烈的碰撞、辐射而变得极为明亮。

  吸积盘本来是一个正常的圆盘形状,但是因为黑洞附近光线高度扭曲,我们看到的吸积盘就变成了图中的样子。

  上方其实是吸积盘的远端,黑洞的引力场扭曲了远端的光线传播路径,使之仿佛立了起来而被我们看到。

  下方则是吸积盘远端的底部,同样是因为光线被黑洞引力场扭曲而成了这个样子,属于一种透镜效应,但是因为要从黑洞“下方”绕过,所以看起来比上方更小,也不够完整。

  另外可以看到,吸积盘左侧的图像比右侧明亮很多,这是因为此处假设吸积盘逆时针旋转,左侧的物质在朝着观察者的方向高速运动,由于多普勒效应而变得明亮,右侧远去的则变得黯淡。

  如果你看过电影《星际穿越》(Interstellar),就会发现NASA的这张图看起来很熟悉,因为那部电影中的黑洞基本就是这个样子,也是史上第一次在影视作品中如此科学、(以人类所知)真实地表现黑洞,背后邀请了严谨的科学团队进行计算渲染。

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