黑洞里面有什么? 黑洞什么颜色

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2019年，事件视界望远镜（EHT）公布了人类历史上第一张黑洞照片——M87星系中心的黑洞照片。就在昨晚，经过多年的数据处理， EHT公布了黑洞偏振照片。但实际上，这次公布的黑洞偏振照片是被“P”过的，人类并不能分辨黑洞吸积盘上这么精细的结构。不过对天文学家而言，这依然意味着人类首次触碰到了黑洞视界上的极端磁场，为探索极端相对论性喷流的来源提供了可靠的证据。
黑洞是爱因斯坦广义相对论预言的产物，但在2019年之前，即使我们能用引力波“听”到黑洞，也没有机会用电磁波“看”到黑洞。这是因为黑洞太远、太小了。即使梅西耶87（即M87）中心的黑洞是拥有数十亿倍太阳质量的星际巨兽，它的事件视界在天空上的投影只有几个微角秒，就算加上外围的吸积盘也不过几十个微角秒。要知道， 1度的张角对应着3.6亿个微角秒，没有任何单体望远镜能分辨这么精细的角度。因此，事件视界望远镜（Event Horizon Telescope ， EHT）应运而生。EHT将世界各地的射电望远镜联合起来，提升分辨率拍摄黑洞照片。
2017年4月，靠近西半球的十几个望远镜将观测方向共同指向了M87*（M87中心黑洞）。经过两年的数据处理，天文学家终于得到了人类历史上首张黑洞照片。但物理学家不满足于此，为了探寻黑洞周边极端的磁场，黑洞偏振信息也是必不可少的。再经过两年的数据处理，人类终于迎来了首张黑洞偏振照片。

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大多数手机、电脑屏幕发出的光都是偏振光
看到这幅图可能会让你有些奇怪，论文中公布的黑洞偏振照片和广泛流传的黑洞偏振照片并不一致，而且它也不如那个充满细密条纹的漩涡状黑洞偏振照片有趣。实际上，这次的黑洞偏振照片依然很“糊” 。EHT中的望远镜使用220GHz的电磁波进行观测，即使其等效口径达到了地球直径的量级，依然也只有20微角秒的分辨率，不足以拍出头图中那么细致的结构。（头图则是偏振照片经过艺术处理的结果）按照人类当前的技术路线，在将地球上和太空中的射电望远镜组成干涉阵列之前，人类拍摄到的黑洞照片已经不可能更清晰了。
黑洞偏振照片那么，这张照片究竟反映了哪些信息呢？我们都知道光是一种电磁波，而电磁波又是横波，即振动方向和波传播方向垂直的波。而偏振就是横波的一种状态，表示横波中的振动方向都只朝向一个方向。大多数手机、电脑屏幕发出的光都是偏振光。拿一个偏振片在屏幕前旋转，你可能看到偏振片一会儿透光，一会儿不透光；或者是透过偏振片光的颜色发生诡异的变化。目前大多数屏幕的制造工艺决定，它们发出的光大多都是偏振光。

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大多数手机、电脑屏幕发出的光都是偏振光
天文中很多现象都会产生偏振光。对于黑洞吸积盘，它在射电波段产生辐射主要来自以相对论性速度运动的电子在磁场中运动发出的光，被称为同步加速辐射。这种辐射具有明显的偏振特征，同时也包含黑洞周边的磁场信息。天文学家从2019公布黑洞照片后就一直在处理偏振图像数据。起初，它们以为黑洞周围只有1%~3%的光是偏振的。随着数据处理的进行，科学家发现其实10%~20%的光偏振的。因为初步处理对所有数据进行平均时，不同方向的偏振会互相抵消，分辨率较高是EHT能观测到黑洞偏振图像的重要原因之一。而天文学家这次拍摄到的黑洞偏振图像，用动画可以这样展示。

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