洞若观火——你好黑洞,初次见面请多指教!

原标题:洞若观火——你好黑洞,初次见面请多指教!

北京时间2019年4月10日晚9点,黑洞事件视界望远镜(Event Horizon Telescope, EHT)合作组织协调召开全球六地联合新闻发布会,宣布人类首次利用一个口径如地球大小的虚拟射电望远镜,在近邻巨椭圆星系M87的中心成功捕获世界上首张黑洞图像。

据介绍,黑洞距离地球 5500万光年,质量为太阳的 65 亿倍。通过研究这个图像,人类将揭示出黑洞这类天体更多本质。

在黑洞的探索过程中,杰出的物理学家爱因斯坦做出了极大的贡献。图像中黑洞的很多特征与爱因斯坦广义相对论的预言完全相一致,在强引力极端环境下进一步验证了广义相对论。然而这一验证过程经历了漫长的100多年,历经几代人的心血。

黑洞的探索过程

1915年,爱因斯坦凭着预言家般的直觉提出了广义相对论——时空决定物质如何运动,物质决定时空如何弯曲。当物质的运动或密度达到一定程度,那么物质周围的时空将会发生弯曲。这颠覆了人们对空间和时间的根本认知。

1916年,德国天文学家史瓦西,就根据爱因斯坦的引力场方程,求出了第一个限制性解,而该解的物理模型正是黑洞。经过几十年的观测和寻找,1970年,天文学家发现天鹅座X-1(6070光年)存在一个强烈的X射线源,经过多方数据证实,这正是一颗黑洞,一颗30倍太阳质量的黑洞。

1973年,霍金等人在广义相对论的基础上提出了黑洞无毛定理:任意两个黑洞,只要质量、自旋和电荷都相等,那么这两个黑洞应该是完全一样的,就像两个电子一样是不可区分的。在模拟中,无论我们如何改变黑洞的自转速度以及虚拟观测者的位置,黑洞的“阴影”总是呈现为近似圆形,而这个现象,只有在广义相对论成立的情况下才会出现,进一步证实了爱因斯坦的广义相对论。

关于黑洞的一些概念

奇点:在黑洞的正中央,物质坍缩至密度无穷大,这个区域叫做奇点。所有落入黑洞的物质和能量最终都会来到这里。

事件视界:事件视界是奇点周围的半径范围,所有能量和物质在这个范围内都无法摆脱黑洞的引力,这里是“有去无回”的分界点。事件视界就是黑洞“黑”的部分。

光子球层:虽然黑洞本身是黑的,但光子会从附近喷流的热等离子体或吸积盘中发射出来。在没有重力的情况下,这些光子会沿直线运动;但事件视界边沿之外的重力也足够强大,足以弯曲光子的运动路径,这样我们就能看到一个明亮的光环,围绕着一个大致呈圆形的黑色“影子”。事件视界望远镜希望同时看到光环和“影子”。

相对论喷流:黑洞吞噬恒星、气体或尘埃的时候会产生由粒子和辐射组成的喷流,以接近光速的速度从黑洞的两极喷出,其长度可以延伸到几千光年之外。全球毫米波甚长基线干涉阵列(GMVA)将会研究这些黑洞喷流喷是如何形成的。

最内层稳定轨道:吸积盘的内层边缘是物质可以安全地绕着黑洞公转而不进入事件视界的最后边界。

吸积盘:一个由过热气体尘埃构成的盘状结构,以极高的速度绕着黑洞旋转。它产生的电磁辐射(X射线、可见光、红外线和无线电波)揭示了黑洞的位置。其中一些物质注定要穿入事件视界,而其他部分则可能被迫产生喷流。

到目前为止,我们确认了有二十多个黑洞的存在,此外还有四五十个黑洞候选体。科学家们为了探究银河系中心黑洞 Sgr A* 以及 M87 黑洞付出了超乎常人的努力。但如果要想对黑洞了解更多,我们还需要做出更多测量与计算,付出更多的汗水。探测一个从几十万个太阳质量到几十亿甚至上百亿个太阳质量的超大质量黑洞,未来我们挑战将更大。

作为首批看到黑洞的我们,深深的感受到,身处于这个时代是何其有幸,这个宇宙中最神秘莫测的天体如今展现在我们的眼前,5500万光年外的惊心动魄化为这张有些模糊的照片。当爱因斯坦的预言成为现实,我们这些站在巨人肩膀上的人们理应为之叹服,理应为人类的智慧而骄傲。但现在还有太多未知等待我们去探索,去探索黑洞,去探索奇妙的宇宙,去探索我们的未来。这张照片正是人类前进的底气,也是人类决心征服未来最好的诠释。返回搜狐,查看更多

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