你所不知道的八大黑洞秘密
那些年我們一起尋找過的黑洞痕跡
“黑洞”聽起來有如科幻電影般神秘，但一些重大證據(jù)卻證實了它們的存在。
在天文學所有遙遠的概念里，黑洞是最具神秘感的。這是一個物質(zhì)被強大引力緊密包裹著的宇宙空間，任何細微的東西都無法逃脫甚至光本身，毫無疑問這些黑暗的龐然大物也呈現(xiàn)出了相當可怕的前景。隨著所有常規(guī)的物理規(guī)則在黑洞內(nèi)部被打破，人們很容易認為黑洞只是科幻小說里的東西。然而大量直接和間接的證據(jù)表明，它們確實存在于宇宙中。
愛因斯坦的“魯棒預測”
阿爾伯特 · 愛因斯坦
黑洞的發(fā)現(xiàn)是愛因斯坦的廣義相對論的必然結(jié)果。
（圖片來源:貝特曼 /貢獻者）
作為一種理論可能性，卡爾·史瓦西在1916年預測了黑洞，他發(fā)現(xiàn)黑洞是愛因斯坦廣義相對論的必然結(jié)果。換句話說，如果愛因斯坦的理論是正確的（所有的證據(jù)也表面它是），那黑洞就一定存在。
隨后，羅杰·彭羅斯和斯蒂芬·霍金為他們的理論奠定了更堅實的基礎。劍橋大學表示，任何坍陷成黑洞的物體都會形成一個奇點，在這個奇點上，傳統(tǒng)的物理定律就失效了。這已被廣泛接受，彭羅斯被授予2020年諾貝爾物理學獎的一部分，因為他發(fā)現(xiàn)黑洞的形成是廣義相對論的穩(wěn)健預測。
伽馬射線爆發(fā)
地球上的探測設備探測到伽馬射線的爆發(fā)是由黑洞的誕生引起的。
（圖片來源：NASA/Swift/Cruz deWilde）
據(jù)美國宇航局的消息，印度天體物理學家 蘇布拉馬尼亞·錢德拉塞卡在 1930 年代研究了當一顆恒星用完所有核燃料后會發(fā)生什么。通過研究發(fā)現(xiàn)，最終的結(jié)果取決于恒星的質(zhì)量。根據(jù)美國宇航局的說法，如果那顆恒星的質(zhì)量足夠大（比如有 20 個太陽質(zhì)量那么大），那么這顆恒星的致密地核（它本身可能是太陽質(zhì)量的三倍或更多倍）會一直坍縮成一個黑洞。最后這顆恒星的地核坍塌將發(fā)生得非常迅速，以至于在幾秒鐘之內(nèi)，并且它會以伽馬射線爆發(fā)的形式釋放出巨大的能量。這種爆發(fā)向太空輻射的能量總量與普通恒星在其整個生命周期中散發(fā)的能量一樣多。地球上的望遠鏡已經(jīng)探測到了許多這樣的爆發(fā)，其中一些來自數(shù)十億光年外的星系；所以實際上我們能觀測到黑洞正在誕生。
引力波，中子星
藝術(shù)家對引力波的印象。相互環(huán)繞的黑洞會在時空中產(chǎn)生漣漪，并以引力波的形式向外傳播。
（圖片來源：R。Hurt/Caltech-JPL）
黑洞并不總是孤立地存在著——它們時而成對出現(xiàn)，時而相互環(huán)繞。在這樣的過程中，它們之間的引力相互作用會在時空中產(chǎn)生漣漪，并以引力波的形式向外傳播——這是愛因斯坦相對論的另一個預測。跟據(jù)《生活科學》姊妹網(wǎng)站 Space。com的 報道，借助激光干涉儀引力波天文臺和處女座等天文臺，我們現(xiàn)在有能力探測到這些波。第一個發(fā)現(xiàn)涉及兩個黑洞的合并，早在 2016 年就宣布了，此后又有更多發(fā)現(xiàn)。隨著探測器靈敏度的提高，除了黑洞合并之外的其他產(chǎn)生波的事件正在被發(fā)現(xiàn)——例如黑洞和中子星之間的碰撞，它發(fā)生在我們銀河系之外，距離我們 6。5 億到 15 億光的地方——據(jù)報道，距地球數(shù)年。
隱伴星
這幅藝術(shù)家的作品展示了HR 6819三星系統(tǒng)中天體的軌道，該系統(tǒng)由一對雙星組成，其中一顆恒星（藍色軌道）圍繞一個黑洞（紅色軌道）運行，以及另一顆軌道更寬的恒星（藍色軌道）。
（圖片來源:L。Cal?ada/ESO）
這幅藝術(shù)家的作品展示了HR 6819三星系統(tǒng)中天體的軌道。
產(chǎn)生伽馬射線暴和引力波的短暫高能事件可能在可觀測宇宙的一半范圍內(nèi)可見，但在其生命周期的大部分時間里，黑洞由于其本身的性質(zhì)幾乎無法被檢測到。因為它們不發(fā)出任何光或其他輻射，這意味著它們可能潛伏在我們的宇宙附近而天文學家卻沒有注意到。不過，有一種確定無疑的方法可以探測到黑暗巨獸，那就是通過它們對其他恒星的引力作用。2020年，天文學家在觀測這個看起來很普通的雙星系統(tǒng)（即繞軌道運行的恒星對）時注意到，這兩顆可見恒星的運動中有一些奇怪的現(xiàn)象，這些現(xiàn)象只有在如果該雙星系統(tǒng)里存在第三個完全看不見的天體時才能解釋。當他們計算出那顆看不見的天體的質(zhì)量時發(fā)現(xiàn)它至少是太陽質(zhì)量的四倍，研究人員知道只剩下一種可能了。據(jù)《生活科學》報道，這肯定是一個黑洞———這是迄今為止發(fā)現(xiàn)的離地球最近的黑洞，且距離我們的星系僅有1000光年。
X 射線視覺
黑洞天鵝 X-1 正在從一顆巨大的藍色伴星中吸取物質(zhì)。這些“東西”在黑洞周圍形成了一個吸積盤。
（圖片來源：NASA/CXC）
黑洞天鵝 X-1 正在從一顆巨大的藍色伴星中吸取物質(zhì)。
黑洞的第一個觀測證據(jù)出現(xiàn)在 1971 年，這也來自我們銀河系內(nèi)的雙星系統(tǒng)。該系統(tǒng)被稱為 天鵝 X-1，產(chǎn)生了一些宇宙中最亮的 X 射線。根據(jù)美國宇航局的說法，它們不是來自黑洞本身，也不是來自它可見的伴星（十分巨大，質(zhì)量是太陽質(zhì)量的 33 倍）。相反，這些物質(zhì)不斷地從巨星中剝離出來并被拖入黑洞周圍的吸積盤中，美國宇航局認為，正是從這個吸積盤中發(fā)射出了 X 射線。正如他們對 HR 6819 所做的那樣，天文學家可以使用觀測到的恒星運動來估計天鵝 X-1 中看不見的物體的質(zhì)量。據(jù)《生活科學》報道，最新的計算結(jié)果將這個 21 倍太陽質(zhì)量的暗天體集中在一個如此小的空間中，以至于它只能是一個黑洞。
超大質(zhì)量黑洞
在我們星系的中心有一個超大質(zhì)量黑洞位于人馬座 A 區(qū)域。它的質(zhì)量約為太陽質(zhì)量的 400 萬倍。
（圖片來源:ESA C。Carreau）
據(jù)《生活科學》報道，黑洞除了自恒星坍縮而產(chǎn)生以外，有證據(jù)表明，它們自宇宙歷史早期就潛伏在星系的中心了，并且每一個超大質(zhì)量的黑洞都是太陽質(zhì)量的數(shù)百萬甚至數(shù)十億倍。在所謂的活動星系中，這些重量級星系存在的證據(jù)是驚人的。據(jù)美國國家航空航天局稱，這些星系的中心黑洞被吸積盤包圍，這些吸積盤會產(chǎn)生各種波長的強輻射。我們也有證據(jù)表明我們自己的星系在其中心也有一個黑洞。那是因為我們看到該區(qū)域的恒星以非?？斓乃俣刃D(zhuǎn)（速度高達光速的 8％），以至于它們必須繞著一個非常小而巨大的物體運行。據(jù)目前的估計，銀河系中心黑洞的質(zhì)量約為400萬倍的太陽質(zhì)量。
拉面效應
黑洞存在的另一個證據(jù)是——拉面效應。您可能感到好奇，什么是拉面效應？拉面效應就是當你掉進黑洞時會發(fā)生的情況，這是不言自明的。你將被黑洞的極端引力拉成細細的線狀，類似于拉面越拉越長越拉越細。據(jù)《生活科學》報道，幸運的是，這種情況不太可能發(fā)生在你或你認識的任何人身上，但這很可能是一顆恒星的命運，如果它太靠近一個超大質(zhì)量的黑洞。2020年10月天文學家目睹了這一碎裂，或者至少他們看到了一顆倒霉的恒星被撕裂時發(fā)出的閃光。幸運的是，這種拉面效應并沒有發(fā)生在地球附近而是發(fā)生在2。15億光年之外的一個星系。
最后——黑洞的直接圖像
有史以來第一張黑洞的直接圖像，黃色環(huán)圍繞著黑色圓圈
有史以來第一張黑洞的直接圖像。（圖片來源：視界望遠鏡合作項目）
目前為止，大量令人信服的關于黑洞的間接證據(jù)表明：沒有任何其他被科學承認的已知物體能產(chǎn)生輻射或引力波的爆發(fā)，以及對其他物體形成動態(tài)影響。但轉(zhuǎn)折發(fā)生在2019 年 4 月，最后的關鍵發(fā)現(xiàn)以活動星系梅西耶87中心超大質(zhì)量黑洞的直接圖像的形式出現(xiàn)。這張令人驚嘆的照片是由事件視界望遠鏡拍攝的——這個名字有點誤導，因為它是由散布在世界各地的大型望遠鏡網(wǎng)絡組成的，不僅僅是一個單一的儀器。根據(jù)美國宇航局的觀點，觀測活動中參與的望遠鏡越多，它們的間距越大，最終的圖像質(zhì)量就越好。據(jù)《生活科學》報道，結(jié)果清楚地展示了這個有著65億倍太陽質(zhì)量的黑洞在其周圍吸積盤橙色光芒的映襯下的陰影。
BY: Andrew May
FY: 人間散步
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美觀：天文志愿文章組-
參考資料
1.WJ百科全書
2.天文學名詞
3.原文來自：原文章鏈接https://www.space.com/how-we-know-black-holes-exist
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