近期，美國一臺具有超大計算能力的電腦在科學家的精心策劃下，揭示了一個關於黑洞如何彎曲自身周圍光線的過程，爲未來的瞭解時空旅行埋下了伏筆。

到目前爲止，科學家們可以通過視界望遠鏡來觀察黑洞。這一次計算機模擬的是超大質量黑洞，它位於室女座M87星系的中心，當科學家正在觀察它的時候，它正在貪婪地吞噬着周圍的光線。這些光子勾勒出的圓形輪廓，讓我們充分了解了黑洞的大小、邊界和超大的吸附能力。

01科學家們是如何瞭解和觀察黑洞的？

在愛因斯坦提出黑洞理論的時候，所有的科學家都只能憑空想象黑洞的樣子。因爲光線都無法穿透它，所以觀測到黑洞幾乎是不可能的事情。但是現在不同了，科學家們利用無線電觀測、計算機代碼和時間軸的分析，在星系M87的中心構建了這個超大質量黑洞的圖像。黑暗的中心標誌着光線從視界中穿過，再也回不去。而留在黑洞邊界，沒有被吸進去的光線，就被稱爲光子環。它標誌着最接近的電路光可以在黑洞周圍而不陷入其中。愛因斯坦的廣義相對論預言了環的大小和形狀，許多人稱讚M87圖像是對愛因斯坦引力的驗證。

02黑洞周邊不止一個光環？

哈佛黑洞計劃的一個團隊和他們的同事通過計算表明，對於旋轉的黑洞來說，環繞黑洞的實際上不是單個的光環。相反，它是一個無限系列的同心“子環”，所有的子環堆積在一起，每一個都比它外面的小。

這些光環是黑洞大小和能量大小的指示劑。這些子環在厚度、形狀和亮度上的變化取決於黑洞扭曲自身時空的方式。這個幾何學反過來又取決於黑洞的質量和自旋。因此，研究這些子環不僅可以給我們提供一種新的方法來“看到”引力景觀，而且還可以告訴我們定義黑洞的兩個性質。

光環以不同的距離圍繞黑洞運行，就像在殼中一樣。觀測者以黑洞自轉軸的角度觀察黑洞。但是，與複雜的光殼不同，觀測者將看到一個單光子環（底部面板），其中包含來自不同軌道的光。每個光子環中的顏色編碼對應於光來自的頂部圖表中的半徑。不同角度的觀察者將看到來自不同軌道的光。例如，一個觀察者直視自旋軸的筒體，只會看到來自頂部面板中白色軌道的光，而一個在17°-大約我們觀察M87黑洞的角度-將看到來自黑色虛線之間的光子。

光子可以沿着路徑逃逸到任何地方，以隨機的方向射出。但是如果你看着黑洞，你不會看到所有的光子，你只能看到到達你的那些光子。這是兩個出口中的一個。這些點的位置取決於黑洞周圍光子軌道的半徑。來自給定軌道的所有光子將從同一個兩個逃逸艙口到達你。來自不同軌道的光子將以不同的角度進入。

這些不同的出口點就像鐘錶表面邊緣的記號。它們本身只是空間中的點，但是把它們加起來，它們在黑洞周圍畫出一個環——光子環。約翰遜說，從本質上講，光子環就像一個全息圖，將黑洞周圍時空的三維結構映射成二維形狀。這意味着天文學家可以觀察光子環上的一個點，並在這些光子逃逸之前準確地知道它們是如何繞黑洞運行的。

03這些光環標誌着黑洞可以影響時空

很多人覺得黑洞是時空的入口，宇航員可以通過黑洞的一端而進入到另一個不同的宇宙空間。

從這項研究來看，黑洞確實影響了光的傳播，甚至對時空產生了很大的影響。但是目前這項研究也是出於觀測階段。

我們無法創造一個黑洞，也無法預知進入黑洞後，會不會被黑洞撕裂。科學發展還有很長的路要走。