黑洞被科学家发现,竟是因为它“太亮”!

黑洞被科学家发现,竟是因为它“太亮”!
2019年04月10日 00:19 扬子晚报网

  扬子晚报网4月9日讯(记者 杨甜子)4月10日晚上,我们即将见到黑洞的第一张照片。这无疑是历史性的一刻,因为我们曾经在各种教科书或者科普读物上见到的黑洞,都是来自科学家和艺术工作者的设计和想象。黑洞到?#23376;?#22810;“黑”?这张照片到底是怎么拍出来的?紫金山天文台研究员刘四明应邀为读者做了解读。

  疑问一:都?#23567;?#40657;洞”了,科学家怎么知道它在哪里呀?

  答案:黑洞不黑,反而“太亮”所以被发现

  关于黑洞的提问,肯定望文生义?#29992;?#23383;开始。很多人不禁畅想,黑洞一定很“黑”,科学家是怎么知道它的方位的呢?
其实,黑洞不黑,刘四明研究员告诉记者,黑洞被科学家发现,是因为它实在太亮了。“黑洞”的?#25293;睿?#26368;早是在1916年由德国天文学家卡尔?史瓦西通过计算得出的,他发现,如果将大量物?#22987;?#20013;于空间一点,其周围会产生奇异的现象,即在这个空间点周围存在一个界面——“视界”一旦进入这个界面,即使光也无法逃脱。这种“不可?#23478;?#30340;天体”被美国物理学家约翰?阿奇博尔德?惠勒命名为“黑洞”。

  黑洞的亮光,并不是自己发出的,这些光亮来自被黑洞的引力所吸引的热气体。黑洞有着非常强的引力,它能够将周围的气体撕扯到它自己身边,产生一个围绕黑洞旋转的气体盘,名叫吸积盘。 当吸积气体过多,一部分气体在掉入黑洞视界面之前,在旋转磁场的作用下会沿着吸积盘转动轴方向被抛射出去,形成喷流。 吸积盘和喷流两种现象?#23478;?#27668;体摩擦而产生了明亮的光与大量辐射,这就是我们在各种黑洞的模拟图片中见到的一圈圈的光亮。黑洞到底在哪里,这个问题自然迎刃而解了。

  疑问二:太空中到?#23376;屑?#20010;黑洞?

  答案:几乎所有的星系都有一个非常大的黑洞

  太空中的黑洞远不止一个。刘四明研究员介绍,几乎所有的星系都有一个非常大的黑洞。黑洞到?#23376;?#22810;大呢?“小号”的黑洞质量大约是太阳的几百万倍,而“大个头”的黑洞,质量能达到太阳的几十亿倍。

  选个“大块头”来拍照片,?#19978;?#25928;果应?#27809;?#26356;好一些吧?这个猜想在天文学上是个误区。科学家选定“模特”的标准,不是看天体质量的大小,而是根据天体在天空中的张角来决定。刘四明以本次被“拍照”的两个黑洞为例,其中一个黑洞在银河系的?#34892;模?#32422;为400万个太阳质量。另一个黑洞则在一个射电星系,约为40亿个太阳质量。“射电星?#36947;?#30340;黑洞远比银河系的要大,我们从地球上看过去,观测的距离也更远,但是在?#19978;?#26102;,两个黑洞的大小是差不多的。”为了方便读者理解,刘四明以大家常见的太阳和月亮举例,从地球上看过去,太阳和月亮差不多大,但?#23548;?#19978;太阳远比月亮要大得多,这就和太阳与月亮到达地球的不同距离有关。

  疑问三:科学家们为什么这么执着给黑洞拍照片?

  答案:没有什么?#26085;?#29255;更适?#29616;?#26126;黑洞的存在

  根据?#25945;?#20844;开的信息,科学家们给黑洞拍照的过程长达两年之久,为什么科学家们要这么执着给黑洞拍照呢?刘四明解释,科学界给黑洞拍照的念头,至少存在了30年了。爱因斯坦在相?#26376;?#20013;就曾经预言过黑洞的存在,尽管科学界已经普遍达成共识,但对于公众来说,还是有着质疑的声音。怎样更好的证明黑洞的确曾在?拍张照“有图有真相”肯定最有说服力。
然而,这张照片的拍摄?#35759;?#21487;不是一般的大。黑洞离我们实在太远了,哪怕是“够档次”的天文望远镜,分辨率依然不够。科学家们估计,至少得地球那么大的天文望远镜,?#25293;?#36798;到给黑洞拍照的条件。
现有的单个望远镜肯定是不够了,咋办?这一次给黑洞拍照,科学家们就想出了“化整为零”的方法,麻省理工学院的科学家们联合了其它研究机构的科研人员,开展了“?#24405;?#35270;界望远镜”项目,在全球多地布下了8个亚毫米射电望远镜,同时对黑洞展开观测。今天晚上大家看到的黑洞“真容”,就是望远镜“8兄弟”齐心协力的结果。

  疑问?#27169;?#40657;洞真的“长这样”?

  答案:这张照片的“精细程度”未来还能升级

  黑洞到底“长啥样”?这么多年来,科学家们有过不同的观点,喷泉、甜甜圈甚至是一块石头的模样,都曾经被人“提名”作黑洞的外形。在科学上,黑洞的?#23616;?#20854;实只是一个“奇点”——体积很小,?#20174;?#26377;着超大的质量。
大家将要见到的照片,将会是黑洞“人生”中的第一张照片,和大家想象的按个快门,咔嚓一下的?#19978;?#24182;不一样,这张照片“洗照片”的过程比“拍照片?#34987;?#35201;艰?#36873;?#21016;四明介绍,此次的“拍摄”是科学家们的一?#38382;?#26223;“描绘”,来自8个观测点的天文望远镜将观测到的电磁波集中“反馈”,利用对这些电磁波信号的分析,科学家们可以获得和黑洞附近高温物?#21490;?#24067;有关的一些物理量,再结合多年来不断完善的黑洞理论模型,通过模拟观测过程,模拟量可以和观测量比对,得到黑洞?#19978;瘛?br> 但刘四明认为,由于这些数据来自8个观测点,因此照片在“精细程度”上是需要打个问号的。未来,伴随着科学技术的更加成熟,我们或许能够为黑洞拍出“清晰度”更高的照片。刘四明表示,逐步解锁对黑洞的?#29616;?#23558;有助于我们理解星系的形成和演化,银?#21491;?#35768;不再那么神秘陌生了。

  脑洞时间:掉进黑洞是怎样一种体验?

  关于黑洞的脑洞一直都没有停止过。知乎网友开帖讨论“如果真的掉进黑洞,过程和看到的景象是《星际穿?#20581;分?#25152;演的这样吗?”但真实的结果很骨感,掉进黑洞,你想象的?#25353;?#36234;时空之旅”也许并不存在。紫金山天文台刘四明研究员表示,这种假象在理论上有一定的可能性,但在天文观测上还没有发现足够的证据。因此,《星际穿?#20581;?#30340;脑洞,咱们还可以继续开下去。

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