文章來(lái)源：知識(shí)就是力量微信公眾號(hào)
（本文出自《知識(shí)就是力量》雜志2015年11月刊《發(fā)現(xiàn)宇宙深處的超級(jí)黑洞》一文，作者：吳學(xué)兵、左文文，原創(chuàng)作品）
200多年前，英國(guó)的米歇爾和法國(guó)的拉普拉斯就曾提出：一個(gè)質(zhì)量足夠大但體積足夠小的致密恒星會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的引力場(chǎng)，以至于連光線都不能從其表面逃逸，因此它對(duì)我們來(lái)說(shuō)是完全“黑”的。但這一推論隨后就被人遺忘，因?yàn)槠渌玫呐ｎD理論解決不了引力對(duì)光的作用問(wèn)題。1915年愛(ài)因斯坦發(fā)表廣義相對(duì)論不久，德國(guó)數(shù)學(xué)家史瓦西在靜態(tài)和球?qū)ΨQ(chēng)假設(shè)下得到了愛(ài)因斯坦場(chǎng)方程的解，解在一個(gè)特殊半徑（后稱(chēng)史瓦西半徑）處存在奇異性。1939年，美國(guó)物理學(xué)家?jiàn)W本海默等進(jìn)一步用相對(duì)論證明確實(shí)存在一個(gè)“時(shí)間-空間”區(qū)域，光都不可能從該區(qū)域逃逸而到達(dá)遠(yuǎn)處的觀察者。這一區(qū)域的邊界被稱(chēng)為視界，在靜態(tài)球?qū)ΨQ(chēng)的情況下，視界半徑就是史瓦西半徑。如果某天體的半徑小于史瓦西半徑，那么該天體就應(yīng)該是“黑”的，它自身無(wú)法被我們看到。物理學(xué)家們把這些非常致密、引力大而“看不到”的天體稱(chēng)之為“黑洞”。
我們?cè)谟钪嬷心芊裾嬲业竭@些神秘的“黑洞精靈”呢？天文學(xué)家的確已發(fā)現(xiàn)了許多不是黑洞的致密天體，如白矮星和中子星，它們是恒星演化到晚期時(shí)的產(chǎn)物，且都有一個(gè)質(zhì)量上限，分別為1.4倍和3.2倍的太陽(yáng)質(zhì)量。如果在恒星演化晚期，能形成比中子星質(zhì)量更大的致密天體，那它就可能是黑洞了。
我們銀河系中一半以上的恒星都有伴星，即位于雙星系統(tǒng)中。當(dāng)雙星系統(tǒng)演化時(shí)，其中一顆大質(zhì)量的恒星在經(jīng)歷超新星爆發(fā)后會(huì)形成致密天體，它強(qiáng)大的引力會(huì)吸積從另一顆星流過(guò)來(lái)的物質(zhì)，這些物質(zhì)以螺旋狀的軌道向里快速運(yùn)動(dòng)，并且變得非常熱而在致密天體周?chē)l(fā)出X射線光。天文學(xué)家通過(guò)分析這些X射線雙星的觀測(cè)數(shù)據(jù)，可計(jì)算出其中致密天體的質(zhì)量?？茖W(xué)家對(duì)銀河系內(nèi)的一個(gè)致密X射線源天鵝座X-1的計(jì)算表明，其不可見(jiàn)致密天體的質(zhì)量大約是太陽(yáng)質(zhì)量的10倍，因此它不可能是白矮星或中子星，只可能是一個(gè)黑洞。目前在銀河系中已發(fā)現(xiàn)20多顆類(lèi)似天鵝座X-1這樣的黑洞X射線雙星，它們的黑洞質(zhì)量大約是太陽(yáng)質(zhì)量的4~20倍。
ps：雖然黑洞自身的確是“黑”的，但宇宙中的黑洞卻不是無(wú)跡可尋的，黑洞可通過(guò)強(qiáng)大引力吸積附近的物質(zhì)在它周?chē)l(fā)光。這使得天文學(xué)家可以通過(guò)觀測(cè)黑洞周?chē)奈镔|(zhì)來(lái)發(fā)現(xiàn)黑洞，并測(cè)量它最重要的物理參數(shù)——質(zhì)量。
新媒體編輯：張旭
原文編輯：李銀慧
聯(lián)系客服
