黑洞那麼黑,科學家是如何觀測到它們的?

2020-12-04 科普探空使者

在相對論中,愛因斯坦表示宇宙中存在一種叫做「黑洞」的神秘天體。不過,因為黑洞從不曾被人類發現,所以這也讓愛因斯坦本人在晚年的時候對「黑洞是否真實存在」產生了質疑。不過幸運的是,人類在去年拍攝到了第一張黑洞照片,這讓愛因斯坦關於黑洞的猜想全都成真。但新的問題也隨之而來,我們知道,黑洞其實是非常黑的,加上它本身也不發光,那麼科學家們是如何在漆黑一片的宇宙中觀測到它的呢?

雖然去年4月10日公布的黑洞照片對外宣稱,是人類歷史上拍攝到的第一張黑洞照片。但實際上,早在19世紀末就曾有天文學家拍攝到黑洞的照片,從時間上推算,要比愛因斯坦的相對論還要早20多年。只不過當時科學技術水平有限,人們也不知道拍到的就是黑洞。後來,隨著理論的逐漸完善,科學家們最終認定最早的黑洞照片來自於OJ287星系,是一個巨型的黑洞。

當時拍到的這個黑洞距離地球35億光年,在它的周圍還有一個小型的黑洞圍繞著運轉。我眾所周知,黑洞可以吞噬周圍一切物體,即使它本身不發光,但當它吞噬星體的時候就會產生很亮的光線,科學家也是因為這樣才發現黑洞的。

只不過,當時發現的OJ287黑洞都被當做是一顆變星。若當時人們知道這就是黑洞的話,那麼愛因斯坦也不會對自己的理論數據產生懷疑,人類了解黑洞的時間或許也不會等到21世紀。

那麼,黑洞究竟是如何形成的呢?對於大質量的恆星來說,當它們走到生命的尾聲時會經過一場超新星爆發,之後就會變成黑洞。此外,宇宙中還有很多原初黑洞,它們誕生的時間都來自宇宙大爆炸早期。所以,黑洞並不是恆星形成的,而是因為宇宙大爆炸直接坍縮形成的。而這種巨型的原初黑洞也在不斷刷新著科學家們的認知,隨著研究的深入,科學家們發現黑洞之間竟然還可以互相合併,然後不斷地壯大。

黑洞究竟是什麼呢?簡單來說,它是一個密度無限大的引力扭曲空間,即使是光在進入黑洞之後也沒有辦法從黑洞中逃脫。同時,黑洞也是宇宙中引力最大的天體,它的周圍會形成一個塵埃吸積盤。雖然黑洞不發光,但這個塵埃吸積盤卻可以被觀測到,所以判斷一個地方是否存在黑洞,只需要去尋找塵埃吸積盤,這也是目前最簡單的辦法。

根據愛因斯坦的相對論,除了黑洞之外,宇宙中應該還存在一種叫做「蟲洞」的天體。而且黑洞和蟲洞應該是相互連接的,一個作為入口,一個作為通道。然後還有一個被稱作「白洞」的天體,它便是出口,人類在其中穿梭的話就可以抵達另一個時空。不過,目前想要去證實這個觀點還是很困難的,大家相信蟲洞、白洞的存在嗎?

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  • 黑洞連光線都能吞噬,人類卻能觀測到,黑洞另一頭是什麼樣的?
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    那麼這時候大家會意識到,黑洞其實並不真的是全黑的,在黑洞的周圍,有吸積盤、噴流,這些物質都會產生光。可是,在黑洞視界附近,引力非常強,以至於將光線都彎曲了。左側的圖是我們觀測得到的,中間那張圖是經過數值模擬的結果。大家會發現,觀測到的好像也沒有那麼很高清。理論模擬告訴我們,在距離黑洞中心大約2.5倍黑洞半徑的區域,會形成一個光環。所謂黑洞的半徑,大家可以理解成是在黑洞周圍光都無法跑出去的勢力範圍。