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黑洞被科学家发现,竟是因为它“太亮”!

发布时间:2019-04-10 14:52:24;;来源:

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。黑洞到底有多“黑”?这张照片到底是怎幺拍出来的?紫金山天文台研究员刘四明应邀为读者做了解读。
  

疑问一:都叫“黑洞”了,科学家怎幺知道它在哪里呀?


  答案:黑洞不黑,反而“太亮”所以被发现
  关于黑洞的提问,肯定望文生义从名字开始。很多人不禁畅想,黑洞一定很“黑”,科学家是怎幺知道它的方位的呢?
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”的概念,最早是在1916年由德国天文学家卡尔?史瓦西通过计算得出的,他发现,如果将大量物质集中于空间一点,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“不可思议的天体”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都因气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:太空中到底有几个黑洞?


  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。黑洞到底有多大呢?“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,成像效果应该会更好一些吧?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中心,约为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。“射电星系里的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,但是在成像时,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,但实际上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:科学家们为什幺这幺执着给黑洞拍照片?


  答案:没有什幺比照片更适合证明黑洞的存在
  根据媒体公开的信息,科学家们给黑洞拍照的过程长达两年之久,为什幺科学家们要这幺执着给黑洞拍照呢?刘四明解释,科学界给黑洞拍照的念头,至少存在了30年了。爱因斯坦在相对论中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,这张照片的拍摄难度可不是一般的大。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,至少得地球那幺大的天文望远镜,才能达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“事件视界望远镜”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。
  

疑问四:黑洞真的“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”?这幺多年来,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,黑洞的本质其实只是一个“奇点”——体积很小,却拥有着超大的质量。
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,咔嚓一下的成像并不一样,这张照片“洗照片”的过程比“拍照片”还要艰难。刘四明介绍,此次的“拍摄”是科学家们的一次实景“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质分布有关的一些物理量,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,得到黑洞成像。
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,逐步解锁对黑洞的认知,将有助于我们理解星系的形成和演化,银河也许不再那幺神秘陌生了。
  

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《星际穿越》中所演的这样吗?”但真实的结果很骨感,掉进黑洞,你想象的“穿越时空之旅”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,《星际穿越》的脑洞,咱们还可以继续开下去。

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