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关于“黑洞”,你需要知道的
floatsy | 2019-04-12 09:52:12    阅读:4379   发布文章

2019年4月10日,全球六地以英语、西班牙语、汉语和日语四种语言,多国科研人员合作的“事件视界望远镜”项目宣布:人类首张黑洞照片发布。该黑洞位于室女座一个巨椭圆星系M87的中心,距离地球5500万光年,质量约为太阳的65亿倍。它的核心区域存在一个阴影,周围环绕一个新月状光环。

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人类首张黑洞照片

      相信大家很多人小时候都对“黑洞”这个词语很好奇,都在想它究竟是个什么东西,甚至大多数人都认为这会不会是一个深不见底的吞噬人的看不见的洞。但是不要让这个名字欺骗你:黑洞不是空洞。更确切地说,这是一个非常小的区域内的大量物质,想象一个被太阳挤压成大约直径约为纽约市的球体大十倍的恒星。结果是一个如此强大的引力场,没有任何东西,甚至光线都无法逃脱。近年来,以美国国家航空航天局(NASA)为首的各个国家的天文科研机构都用各种科学仪器为这些奇怪的物体描绘了新的画面,对于许多人来说,它们是太空中最迷人也是最神秘的物体。

       空间物体如此庞大而密集,光线无法逃脱的想法已经存在了几个世纪。最著名的是,爱因斯坦的广义相对论预测了黑洞,这表明当一颗巨大的恒星死亡时,它留下了一个小而密集的残余核心。如果核心的质量大于太阳质量的三倍,根据方程式显示,重力会压倒所有其他的力并产生黑洞。

       科学家们不能用望远镜直接观察黑洞,只能通过探测X射线,光线或其他形式的电磁辐射。然而,我们可以推断黑洞的存在,并通过检测它们对附近其他物质的影响来研究它们。例如,如果黑洞穿过一团星际物质,它将在被称为吸积的过程中向内吸取物质,只要有正常的恒星靠近黑洞就会发生类似的过程。在这种情况下,黑洞可以将星体拉向自身,从而将星体撕裂。当吸引的物质加速并加热时,它会发射出射入太空的X射线。最近的发现提供了一些诱人的证据,证明黑洞对周围的邻域产生了巨大的影响,发射强大的伽马射线爆发,吞噬附近的恒星,并刺激某些地区新星的生长,同时阻止其他地区的恒星。

       One Star's End是黑洞的开端,简单来说就是大多数黑洞都是由超新星爆炸中死亡的大型恒星的残余物形成的。为什么这里提到是大型呢,是因为较小的恒星变成致密的中子星,其大小不足以捕获光。如果恒星的总质量足够大(大约是太阳质量的三倍),理论上可以证明没有力可以保持恒星。然而,随着恒星坍塌,一件奇怪的事情发生了,当恒星的表面接近一个被称为“事件视界”的假想表面时,恒星上的时间相对于远离观测者所保持的时间减慢。当表面到达事件视界时,时间静止不动,恒星不再坍塌,变成了一个冻结的坍缩物体,这就是黑洞的初形成。

       恒星碰撞会导致更大的黑洞。在2004年12月时候,美国宇航局的斯威夫特望远镜观察到强大的稍纵即逝的闪光,称为伽马射线爆发。科学家们后来通过美国宇航局的哈勃太空望远镜从事件的“余辉”中收集了数据,这些观测结果使得天文学家得出结论,当黑洞和中子星碰撞时会产生强大的爆炸,从而产生另一个黑洞。

       尽管理解了基本的形成过程,但黑洞科学中的一个常年谜团是它们似乎存在于两个完全不同的尺寸尺度上。在一端,有无数黑洞是大质量恒星的残余,在整个宇宙中,这些“恒星质量”黑洞通常是太阳质量的10到24倍。天文学家发现,当另一颗恒星靠近它们时,它们周围的一些物质被黑洞的引力所吸引,在此过程中产生了X射线。然而,大多数恒星黑洞导致很多孤立的生命无法被探测到。然而,从足以产生这种黑洞的恒星数量上来看,科学家估计仅银河系就有多达一千万到十亿个这样的黑洞。

       在尺寸范围的另一端是被称为“超大质量”黑洞的巨人,这些黑洞的数量是数百万甚至数十亿,与太阳一样大。天文学家认为,超大质量黑洞位于几乎所有大型星系的中心,甚至是我们自己的银河系。天文学家可以通过观察它们对附近恒星和天然气的影响来探测它们。

历史上,天文学家一直认为不存在中等大小的黑洞。 然而,最新的一些证据给中型黑洞确实存在提供了依据,形成超大质量黑洞的一种可能机制是紧凑星团中恒星碰撞的链式反应,导致极大质量恒星的积累,然后坍缩形成中质黑洞,然后下沉到星系的中心,再与中间质量黑洞合并形成一个超大质量黑洞。

       自始至终,黑洞这个概念虽然经常被天文学家提到,并用来解释我们观测到的很多现象,但是归根到底,这些都只是爱因斯坦广义相对论的一个预言。虽然我们现在也用它来解释各种各样的现象。但是,在4月10日之前,这张照片公布之前,没有一个天文学家直接观测到真的有黑洞这个东西。你想要验证它就要看到它的图像,哪怕刚刚公布出来的照片可能不是很清楚,只是影影约约看到一个模模糊糊的一团黑,但是有这个图形,对于天体物理学家来说,这就是已经非常大的突破了。对于黑洞理论的研究也已经向前迈进了一大步。从这个图像里其实可以来检验相对论在这么极端的情况下它的预言是不是对的。因此,这个黑洞照片意义十分重大。


本文中间黑洞的一部分内容以及“事件视界”的定义取材于美国宇航局NASA官网。

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hedibn012  2019-04-12 10:50:40 

厉害了

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