黑洞的熱點似乎早就過去了,自從科學家們「拍」下了黑洞的照片,全世界人都知道了黑洞的樣子。
黑洞到底長什麼樣子?即便是在這張照片公布之後,它依然是一個好問題。
因為一直以來連最大的科學家都不知道黑洞到底長啥樣,更多的猜測黑洞只是宇宙中一個緻密的小點,你看不見它,所以它是黑的;甚至因為黑洞的密度太大了,連它周圍的光線都全部被吸引進去,沒有光能跑得出來,所以它更是黑的,於是科學家稱之為黑洞。比如說當你走進一個完全沒有光線的房間,伸手不見五指,你不知道房間的大小和形狀,於是你會說這個房間「黑洞洞的」,讓人害怕。
在上面這張合成圖片裡,黑洞就在那橘紅色光環的中間,你只知道它是黑的,卻還是看不清它的真容。於是無數的想像便由此而生。
(黑洞模型)
許多人對科學家們公布的黑洞「照片」多少都有點失望。因為以目前光學望遠鏡的水平,人類還不可能拍到真正的黑洞。能拍到的,充其量只是黑洞因為吸引其周圍物質形成的巨大吸積盤,以及黑洞通過吸積物向外噴射的強大射線流。
(想像圖:黑洞造成的吸積盤與射線流)
從天體學的角度,它們都是黑洞「視界」之外的東西。如果一定要說有什麼驚喜,那很可能是科學家們發現了「視界」的邊緣,就像下面這張圖所顯示的樣子:
(黑洞想像圖)
網絡上有無數張黑洞的想像圖片,沒錯,我們到目前為止看到的所有黑洞圖片全都是PS出來的。真正的黑洞照片應該是模糊不清,並且需要依靠箭頭和解釋才能讓公眾看明白:「哦!原來這表示有一個黑洞」。
接著拿上面這張想像圖來說,黑洞在哪裡?是中間這個黑色的一片嗎?不是。科學家會告訴你,黑洞在這一個圓的正中間,它是一個看不見的點。黑色區域的邊緣我們叫它視界,視界裡邊的光線跑不出來,所以它是黑色的;而在視界的邊緣,因為黑洞強大引力的作用,從黑洞更遠處射過來的星光被扭曲,就像是星光被透鏡扭曲了一樣,科學家們稱之為「引力透鏡」。
(強引力透鏡效果,它被稱為「愛因斯坦環」)
根據愛因斯坦廣義相對論,引力透鏡是大質量天體對它周圍時空扭曲的表現,引力透鏡並不是真的光學透鏡,光學透鏡會把遠處的平行光聚焦在一個點上,引力透鏡則不會。所以天文學家們會根據觀察引力透鏡來判斷一些大質量的天體,甚至找到一些很暗的大質量天體,比如中子星和黑洞。
(一張受到引力透鏡影響的遙遠星系照片,不用箭頭指示你肯定看不懂,就是指了你還是看不懂)
那麼,科學家通過引力透鏡找到黑洞了嗎?
還沒有。要不然黑洞的照片早就公布了,也用不著等到今天,更不需要拿大量PS的圖片來忽悠人。
既然沒有找到黑洞,為什麼又堅稱有黑洞,難道科學家們在騙人?
這也不對,準確地說,科學家們通過計算,認為巨大質量的天體在它生命的末期,因為引力的坍塌,最後它的一大部分質量的物質會被壓縮到一個極小的「點」,這個點到底有多小?沒人具體知道,但根據計算的結果它有可能小到一個原子甚至比原子還要小無數倍直徑。也就是黑洞的「奇點」。
你可以想像一顆原子大小的小球,那就是黑洞的模樣了。
我畫不出來。
真正從天文觀測角度確定有黑洞,科學家們用的不是天文望遠鏡,甚至強大的射電望遠鏡都沒到發現黑洞。科學家是通過利用引力波接收設備收到黑洞合併時發出的引力波信號,並通過對信號的分析計算,判斷出那是黑洞之間的碰撞所發出的信號,由此確定宇宙中有黑洞存在。
(2015年9月14日,LIGO引力波天文臺接收到一組信號,科學家判斷這是由兩個黑洞碰撞發出的引力波,從而證實確實有黑洞存在。)
現在讓我們回到最初的問題:黑洞到底長什麼樣子?
答案依然是,不確定。
按照數學上的計算,當一顆巨大的恆星燃燒完它的所有燃料時,它的內部產生的熱不再足以支撐外殼強大壓力,於是外圍的材料向內急劇坍塌,強大的重力會把所有物質都壓到「一個比原子還小」的奇點裡。但實際上這個「點」會有多大?它到底是比原子還小,或是跟豌豆一樣,或是跟籃球一般大?沒人知道。因為黑洞強大的引力造成的空間扭曲讓光子都有去無回,所以我們只能猜測它是一個黑洞洞的「空房間」,這個「空房間」的邊界就是黑洞的「地平線」或「事件視界」,這個視界之外是宇宙中最明亮最炙熱的類星體。
所以,所謂的黑洞是奇點與事件視界的總和,有奇點必然有事件視界,有事件視界必然表示它中間有一個奇點,在這二者的中間,是一個有進無出的虛空。
黑洞是什麼?它大概就是這樣的吧。