美国的天体物理学家已经设计出一种方法来探测和分析通过黑洞的引力效应产生的微弱的光的回声。(Astrophys. J. Lett., doi: 10.3847/2041-8213/ad8650) 据报道，这种新技术能够确定直接光发射和第一次回波之间的时间延迟，为估计神秘宇宙物体的质量和自旋提供了一种独立的方法。

重力透镜作用
光的回声是引力透镜作用的结果，在引力透镜作用下，黑洞的大量存在导致光绕着它弯曲。由同一光源发射但在不同方向移动的光子以不同的方式受到影响：一些光子可能沿着从光源到观察者的直接路线，而另一些光子在朝着地球移动之前绕黑洞一圈或多次。

这种行为产生了一种特征回波信号，其中连续回波之间的时间延迟在很大程度上取决于黑洞的质量，而在较小程度上取决于其角动量和相对于观察者的倾角。“光在黑洞周围绕圈，引起回声，已经理论化多年，但这种回声还没有被测量，”主要作者，普林斯顿大学的George N.Wong说。

测量回射光
问题在于回波的微弱使得它们难以在测量光强度随时间变化的总光曲线中检测到。为了克服这一障碍，研究人员提出了一种技术，利用事件视界望远镜(EHT)的能力在接收器对之间的不同距离捕获干涉测量数据。他们认为，在短基线上捕获的时间序列数据隔离了直接发射的光曲线，而长基线信号可用于推断光子单次环绕黑洞所产生的一阶回波的光曲线。

为了测试他们的方法的可行性，研究人员创建了围绕超大质量黑洞运行的高分辨率模拟光，类似于2019年EHT拍摄的M87星系中心的黑洞。通过将总光曲线与较长基线处的干涉信号相关联，他们在模型数据中发现了与广义相对论预测的时间延迟一致的回波特征。

虽然结果是有希望的，但模拟也表明，在观测数据中检测这些回波特征需要比目前由EHT的接收器网络提供的基线更长的基线。幸运的是，目前正在计划用天基射电望远镜来增强EHT，这将使回声探测能够有足够的保真度，从而对黑洞的质量和自旋提供可靠的估计。

发表日期：2024年11月14日

图1 根据2019年由事件视界望远镜拍摄的M87星系中心超大质量黑洞的模拟，一种新的回声探测技术可以提供对黑洞基本属性的可靠估计。[图片：EHT协作]

图2 在黑洞附近的一道闪光之后，一些光线会直接到达观测者那里，而另一些光线会先绕着黑洞转一个或多个圈。那些绕着圈行进的光线看起来就像是从天空中稍微不同的地方射向地球。[图片：George N.Wong等人]
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