对于首个黑洞延时短片，你是不是有什么误会？带你正确看懂它

最近几天，视界面望远镜（Event Horizon Telescope,简称EHT，下同）合作组织发布了一组视频，网上很多媒体转发了视频或动图，声称是首个黑洞延时短片。我最早从网上看到的是下面这个动态图：

很明显这是人类拍摄到的首个黑洞——M87星系中心黑洞。当时的第一感觉就是：什么鬼？M87星系中心黑洞怎么可能是这样的……

不过昨天实在抽不出时间去了解这件事，在网上都是转发这个视频的，很难找到解读这个视频的。今天我抽空找了关于这个黑洞延时视频相关的论文资料，9月23日发表于美国天文学会旗下的《天体物理学》杂志上名为《视界面望远镜检测到的M87中心黑洞在2009年-2017年的形态》的文章看了一下。对于我这种英语渣，啃论文实在吃力，有些地方理解不透彻甚至理解错误的敬请见谅……

其实要说这是首个黑洞延时视频我是有点怀疑的，因为其实在2017年4月拍摄，2019年发布的人类首张黑洞照片时就有多张不同时间拍摄的不同样子的黑洞实拍图片，每年四月份，两个黑洞（M87星系中心黑洞和银河系中心黑洞）都有10天左右的观测窗口期，而根据当时发布会说的它的吸积盘大约两天就绕黑洞旋转一周（我们当时还专门发文讨论它是否超光速了……），这样10天观察期差不多可以看到它转4-5圈了。

而在当时发布的黑洞图片里，其实就已经有不同时间的黑洞图片，如下图就是当时的论文里附带的图片，包含了2017年4月5、6、10、11日四天的黑洞图片。图片上已经能明显看出每天盘状结构都不一样。

而视界面望远镜记录的数据是连续的，并不是一天只拍到一张，所以其实要做视频，当时就能做了，不过我不记得当时有没有看到过实拍图制作的视频，印象中好像有……

无论如何，根据当时拍摄的图片，已经可以确定，那个明亮的吸积盘是在变化中的。我们知道，这个吸积盘是在变化的，5日跟11日的明亮部分明显不同，5日是，有一个亮区跑到左边去了，所以可以确定，吸积盘本身的亮度是不均匀的。那么上面那个动图正常吗？不正常！

在实拍的黑洞图片里，吸积盘的绕转平面并不是垂直于我们的，而是存在一定的夹角，印象中好像是大约17°。正因这一点点的倾斜角度，导致它在绕转过程中会发生多普勒效应，向靠近我们方向转的一侧吸积盘要比远离我们方向转的吸积盘要更明亮一些。我们看到的黑洞照片什么暗下面亮就是这个原因引起的。

所以我的猜测是第一张图是按照吸积盘完全垂直于我们制作的，也就是自转轴指向我们时我们所看到的样子。这个图里并不反映多普勒效应产生的亮度变化，而仅仅反映吸积盘本身的亮度变化。

那么就没有实拍的视角的视频吗？当然有，就是我看到的第二个动图：

这个动图就是按照实拍的角度制作的黑洞吸积盘亮度变化的延时视频，动图后面那条灰色的指针指向的是吸积盘最亮的部分，它有时是 指向上方，但大部分时间，它都指向下方，表明多普勒效应对吸积盘亮度的影响还是占绝对优势。下面我们来解读一下这个视频。

这个视频是根据视界面望远镜阵列的前身，超长基线干涉望远镜在相同时间周期内拍摄的影像模拟的。不过由于当时的超长基线的长度有限，并不足以对黑洞吸积盘中间的阴影部分成像，因此论文作者团队只能根据其光学变化用几何方法对其还原。

首先给定了黑洞的自转轴方向，作者假设其等于黑洞喷流方向，而吸积盘盘面是与黑洞喷流垂直的，因此黑洞吸积盘完全垂直于黑洞自转轴。而M87中心黑洞的吸积盘是逆时针旋转的，因此就可以得到下图：

箭头方向是自转轴方向即喷流方向，右边箭头是指向我们的喷流方向，因此其下方就是转向我们的吸积盘，比较明亮，其上方则为远离我们的吸积盘，比较暗淡。蓝色虚线指向的是理论上由于多普勒效应而最明亮的部分（速度最快的部分）。

但实际上由于吸积盘本身亮度的不均匀性，望远镜记录到下面的画面：

大家看后面两列吧，即MODEL1和MODEL2，前面两列我没看懂……

MODEL1是4月6日的，MODEL2是4月11日的，跟前面那个图一样，蓝色虚线是指向理论上最亮的方向，而灰色线则指向实际拍摄到最亮的方向，从图中可以看到，两者全都不一样，特别是2012年4月6日，最亮部分跑到后面去了，也就是跑到原理我们的方向去了……

现在已经很难判断当时发生了什么事，是不是有颗恒星被吸进了吸积盘？只有平常的亮度变化，一般认为可能是吸积盘上超强的磁场扰动吸积盘上的等离子体引起密度变化并产生耀斑引起的。

总的来说，这个黑洞延时视频是通过数据模拟了多年来M87中心黑洞吸积盘的变化情况，并非反映平时黑洞的旋转情况，用“黑洞延时短片”这个名称好像不太合适。