去年 4 月，我们第一次瞥见了宇宙中不可见的黑洞，看着这个位于 M87 星系中心的超大质量黑洞被一个明亮圆环包围，像一个甜甜圈，然而那张照片中，我们只知道环的直径，不清楚环的“厚度”和更详细的子结构。现在科学家发表了新的计算结果，表明光环由一系列子环组成，看起来就像电影画面。
黑洞物理学是门美丽的学科，它由深厚而强大的理论构成，但相对地它也成为一门实验科学，科学家透过验证观测黑洞的数据来巩固理论。
每个星系中心都存在一个超大质量黑洞，天文学家过去透过分析星系中心周围恒星、气体的运动速度来推论黑洞性质，直到2019 年 4 月 10 日，事件视界望远镜（Event Horizon Telescope，EHT）团队宣布，人类首度“直接”拍下距地球 5,500 万光年远的超大质量黑洞身影，该黑洞质量约太阳的 65 亿倍，提供迄今为止超大质量黑洞存在的最有力证据。
不过有个小问题，事件视界望远镜拍下的光环明亮但无法分辨结构。光由称为光子的粒子组成，当光因黑洞的引力而弯曲时，会形成所谓的光子环（photon ring），而爱因斯坦的广义相对论预测，光环应由无限个相似的薄光子环组成，这些子环基于光子围绕黑洞形成的轨道数而定。
现在，一组天文团队发表新的计算结果，预测了在黑洞极端引力下弯曲的光会呈现惊人而复杂的子结构。研究人员解释，每个光子环的直径都差不多，只是变得越来越尖锐，因为光在到达观察者之前已绕黑洞很多圈，去年 EHT 发布的图像中，我们瞥见的只是综合在一起的光子环。
▲ 光环的构成。
研究人员表示，这一系列子环就像电影画面留下可见宇宙的历史，光子环本质上是围绕黑洞运动的“指纹”，藏有黑洞质量、形状和旋转资讯的关键细节。
图像再怎么完美，也难以透过肉眼发现无数光子环结构，但对干涉仪望远镜阵列来说，光子环却会呈现强而清晰的讯号，只要现有事件视界虚拟州际望远镜中再加入一个太空望远镜，就足以进行精确测量。
新论文发表在《科学前缘》（Science Advances）期刊。
- BLACK HOLES’ INFINITE RINGS REVEAL HOW MASSIVE THESE COSMIC BEHEMOTHS REALLY ARE
- Research team discovers path to razor-sharp black hole images
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- Universal interferometric signatures of a black hole’s photon ring
（图片来源：哈佛-史密松天体物理中心）
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