如果我们绕着黑洞飞行,我们就总是能从四面八方看到同样的光环——因此可以说黑洞周围到处是透明的辐射星云。这个星云的光线被偏转和聚焦,在黑洞周围形成一个薄薄的充满光线的球形外壳。从各个方向看,我们就总能看到一个中间有一个黑点的环。这个点是黑暗的,因为视线在黑洞处结束。但它并不是完全黑色的,因为视线还必须穿过前景的发光云。
然而,围绕黑点的环并不总是具有完全相同的形态。如果我们让气体在计算机模拟中几乎以光速旋转,就像我们所期望的黑洞周围的情形那样,只会有一个半环产生。在气体向着我们运动的一侧,光得到加强,在另一侧则被削弱。此外,如果黑洞本身也在旋转,那么这个环就会缩小百分之几,甚至几不可见地变得稍稍平坦了些。
20年后,我了解到,德国数学家大卫·希尔伯特(DavidHilbert)在1916年[146]就已经研究出了光路的数学原理——在爱因斯坦和史瓦西为黑洞奠定基础后仅几个月,当时还不知道黑洞是否存在以及它们到底是什么。希尔伯特的工作可能也因为他过于超前而被遗忘。
甚至在20世纪70年代和90年代,已经有一些关于黑洞应该是什么样子的计算结果[147],但由于没有现实的机会看到它们,这些论文几乎无人问津。直到我们的文章发表后,它们才慢慢被重新发现。2014年的电影《星际穿越》(Interstellar)塑造的黑洞给许多人留下了印象——但这部电影中的模型并不适用于M87或银河系中心的形态。电影里的黑洞没有被发光的炽热气体所包裹,也没有喷流。包围它的是一个薄而不透明的圆盘,中间有一个洞。当然,电影里这个形状像磁盘的结构是事先设计好的,因此它的中间有个窟窿也不怎么令人惊讶。即使没有中心黑洞,那里也会空出一个黑色的洞。但是,只有在这个洞的位置本应该充满光明的时候,那里的一片黑暗才变得有意义。
当我和我的两位同事写关于预测黑洞图像的文章时,我们还讨论了如何称呼“那个东西”,即中间的黑点。能让人激动的名字对于表述科学概念很重要。如果不带着“爆炸”这个字眼,大爆炸会是什么呢?!但“大爆炸”这个词每个人都一听就懂,尽管没有人能真正听到爆炸声。具有冲击力的术语往往更能传达抽象的信息。
因此,我们组织了一次多方远程会议。我们不能称其为黑洞,因为一旦使用这个称呼,它就必定同时包括中心的质量和时空的曲率。“空心”“斑点”“丘疹”——所有这些词不知为何也不适合。然后我们突然想到把它称为黑洞的“阴影”(shadow)[148]。因为我们不能直接看到黑洞,而只能看到它的影子,即丢失的光。黑洞躲在这个阴影后面,并没有透露出它的所有秘密。黑洞的确只是自己的阴影。这个影子也不像剪影那样尖锐和黑暗:它是三维的,因此即使在这种黑暗中,仍然可以看到一些光——来自黑洞前面的气体[149]。
当然,在我们的文章中,我们希望以一种令人印象深刻的方式展示我们模拟的射电图像。如何呈示肉眼看不到的东西?很明显,黑洞阴影的图像将只由射电望远镜的数据组成。这不是传统意义上的照片,因为我们的数据不是来自人眼可见的波段。这样的光该是什么颜色?我们已经计算了亮度,但没有计算颜色。理论上讲,可以使用等高线图或灰度图。这也会以一种有意义的方式映射数据,但看起来会很无聊。
进入新千禧年后,越来越多的作者在天体物理学刊物中发表带有彩色图像的文章——尽管,在专业期刊中使用彩印服务仍然必须要额外付费。但这是值得的,因为我清楚地知道,对于我们的项目,形象的设计对其读者的影响至关重要。射电天文学家们通常热衷于使用虚拟调色板,他们更喜欢选择彩虹色作为射电天体的图像表现,但黑洞毕竟不是一个快乐的地方。
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