在所有天體中,如果說哪一種最受關注,黑洞一定榜上有名。
黑洞是黑色的嗎?是的。
我們的眼睛可以看到其它物體,是因為它們反射的光子飛進了我們的眼睛。然而,黑洞無法反射光子。黑洞的邊界被稱為視界,視界把黑洞所處的時間和空間分割成了兩部分——視界之內和視界之外。物質和光可以從視界之外進入視界之內,反之卻逃不出來。天文學家認為黑洞的中心是一個時間和空間無限扭曲的區域,在那裡,物質密度可以達到無窮大,引力也是無窮大,所以連光子也無法逃脫引力的束縛。既然光子無法從黑洞的視界之內飛出來,也就不會有光子飛進我們的眼睛,那麼,對我們人類來說,黑洞就是黑色的,這也是科學家給這種天體起名叫"黑洞"的主要原因。
黑洞都是一樣「黑」嗎?
天文學家將宇宙中的黑洞分為三類,它們的質量相差很大:恆星質量的黑洞、中等質量的黑洞和超大質量的黑洞。要想成為一個黑洞,它的質量最起碼也是太陽的幾十至數百倍,而超大質量黑洞的質量則是太陽的數百萬倍以上。
怎麼才能"看"到黑洞?
既然無法通過採集光子的方式來看到黑洞,那麼怎麼才能觀察它們,又怎麼才能證實黑洞存在呢?
答案其實就在我們身邊——雖然我們看不見風,但是我們可以用被風吹動的樹葉來推測風的存在。對黑洞也是如此——既然直接方法看不到黑洞,我們可以通過間接方法。天文學家通常採用三種有代表性的現象證實黑洞的存在。
第一種證明黑洞存在的現象是,黑洞周圍的可見天體的運動軌跡,會受到黑洞的引力的影響。比如,天文學家發現,銀河系的中心隱藏著一個超大質量黑洞,被稱為人馬座A。銀河系中心的恆星都圍繞著這個無形的天體運行,這個天體的直徑只有2/1000光年,質量卻是太陽的430萬倍。如此大的質量凝聚在如此小的區域,天文學家相信,這隻有黑洞才能做到。近日,人馬座A在沉寂了20多年後剛剛"甦醒",亮度突然提升了75倍。
第二種證據是黑洞吃東西時會發光。在黑洞強大引力的作用下,周圍的氣體都會被吸進黑洞。氣流在排著長隊等著落入黑洞之時,形成了巨大的漩渦,引力勢能被轉換為光和熱,所以在黑洞周圍可以看到螺旋狀的發光帶,天文學上把這種發光的氣旋稱為黑洞的吸積盤。
第三種證據是黑洞的生長。幾乎每一個大質量星系的中心都有一個超大質量黑洞,超大質量黑洞是由兩個較小的黑洞合併而成的。黑洞合併是宇宙中的大事件,兩個大質量的天體相撞,釋放出巨大的能量。地球上的雷射幹涉儀引力波觀測臺可以探測黑洞合併過程釋放出的引力波,見證了小黑洞成長為較大黑洞的過程。
為了更加直觀地證實黑洞的存在,全球的天文學組織聯合起來,拍攝更接近黑洞中心的照片。2019年4月10日,科學家們發布了第一張人類拍攝的黑洞照片,展示了位於5500萬光年之外的橢圓星系M87中的一個超大質量黑洞的光環和陰影。
黑洞吃的東西去哪了?
雖然黑洞也會不定期地噴射出一些物質和能量,但是畢竟是吃進去的多,噴出來的少。人們都很好奇,黑洞吃的東西都去哪了?其實黑洞也是一種天體,所謂的「吞噬」就是物質被吸附到黑洞表面。黑洞本身具有極大的密度和引力,吸進去的東西,會受到極大的壓縮力。打個比方來說,就算地球被吸進去了,也會壓縮成麵包那麼大,所以根本不必擔心黑洞裡面裝不下。不過,也有科學理論認為,黑洞不會無止境地增長,黑洞最後的結局可能會變成一個「白洞」,把之前黑洞吞噬的所有東西再吐出來。
結語
黑洞的「黑」,是指它的引力太大,可以束縛光子。黑洞有大有小,所以「黑」的程度不盡相同。它們「吞噬」各種物體的過程,就是壯大自己的過程,至於黑洞的結局,目前還沒有很好的科學理論來預測黑洞會不會吃太多被「撐死」。