研究人员创建了一种尖端技术，用于识别黑洞的光回声。这种新方法简化了测量黑洞质量和旋转的过程，标志着一个重要的进步，因为它独立于许多科学家过去用来探索这些特征的方法。
一组天体物理学家，由来自高等研究所的研究人员主导，设计了一种开创性的方法，用于检测来自黑洞的光回声。这种创新技术将使黑洞质量和旋转的测量更加简单，并意味着一个重要的进展，因为它不依赖于科学家们过去使用的许多传统方法。
今天发表在天体物理学杂志快报上的研究结果揭示了一种技术，可能会直接确认光子围绕黑洞的轨道，原因是一种称为“引力透镜”的现象。
引力透镜发生在光线接近黑洞时，其轨迹被黑洞强大的引力场改变。这种效应使光线从其源头到达地球观察者的路径多种多样。有些光线可能采取直接路径，而其他光线可能在到达我们之前围绕黑洞循环一次或多次，导致来自同一源的光线在不同时间到达，从而形成“回声”。
这项研究的首席作者乔治·温（George N. Wong）表示：“光绕着黑洞旋转，创造回声的想法已经提出了很多年，但我们尚未观察到这些回声。”温是高等研究所自然科学学院的成员，也是普林斯顿大学普林斯顿重力倡议的助理研究学者。“我们的方法提供了一个测量这些回声的框架，这可能会显著改变我们对黑洞物理学的理解。”
该技术能够在强大的干涉仪望远镜（如事件视界望远镜）捕获的直接光的背景下，识别微弱的回声信号。温和他的一个合作者莉亚·梅德罗斯（Lia Medeiros），她是高等研究所自然科学学院的访客，也是普林斯顿大学的NASA爱因斯坦研究员，已深度参与事件视界望远镜合作。
为了验证他们的技术，温和梅德罗斯，与自然科学学院教授詹姆斯·斯通（James Stone）及洛斯阿拉莫斯国家实验室的费曼研究员亚历杭德罗·卡德纳斯-阿文达纽（Alejandro Cárdenas-Avendaño）进行高分辨率模拟，捕捉到成千上万张绕超大质量黑洞移动的光的“快照”，这种黑洞类似于位于M87星系中心的黑洞（M87*），大约距地球5500万光年。他们的模拟表明，该方法能够有效推断模拟数据中光回声的延迟期，并且他们相信这种技术也适用于其他黑洞。
梅德罗斯解释说：“我们的方法不仅确认了光环绕黑洞的检测，还将作为评估这些黑洞基本属性的新工具。”
掌握这些特性至关重要。温表示：“黑洞对宇宙的演变有显著影响。尽管我们经常集中在黑洞如何吸引物质，但它们还将大量能量喷射到周围环境中。它们在星系发展中起着关键作用，通过影响恒星的形成、这些事件的时机以及星系结构的整体演变。理解黑洞质量和旋转的分布，以及这种分布随时间的演变，极大丰富了我们对宇宙的理解。”
测量黑洞的质量或旋转可能是具有挑战性的。温指出，吸积盘的特性，即朝向黑洞旋转的加热气体及其他物质的结构，可能会使这些测量变得复杂。然而，光回声提供了一种独立的评估质量和旋转的度量，使用多个测量可以为这些参数提供可靠的估算，正如梅德罗斯所说。
此外，检测光回声可能使研究人员能够更准确地检验阿尔伯特·爱因斯坦的引力理论。梅德罗斯补充道：“通过这种方法，我们可能会发现一些让我们思考‘这很不同寻常！’的结果。”“分析这样的数据可能有助于我们确定黑洞是否符合广义相对论的预测。”
该团队的发现表明，使用一对望远镜（一个在地面，一个在太空）共同工作的“超长基线干涉测量”可能使得检测回声成为可行。这项干涉任务可以相对“适度”，温表示。他们的方法提供了一种实用有效的手段，收集关于黑洞的关键和可靠信息。
