宇宙這片「黑暗森林」裡的終極潛藏之地,我們要如何去發現?

2020-12-03 想法捕手

如果說,宇宙是一片弱肉強食的「黑暗森林」,而每一個文明都是潛行的獵手;那麼,黑洞絕對是終極的潛藏之地。

作為「黑暗森林」裡真正的隱匿秘境,黑洞既不發出光,也不反射光。因此,沒人能直接獲取它的信息。

正因為神秘,對它的研究也更令人著迷。在如今的天文學領域,黑洞研究可謂舉足輕重。為了更好地驗證、完善黑洞理論,天文學家們無時無刻不在浩瀚的宇宙中搜尋它們的蹤跡。

然而,對於這些從不對外吐露信息的黑洞,我們到底是如何尋找它們的呢?

01

存在必有痕跡,沒有什麼能孤立於世。

在距離地球1000光年外,也有一個類似《三體》的三合星系統,編號HR6819。

前不久,5月6日歐洲南方天文臺突然發布消息,認為HR6819中有一個看不見的天體,而它很可能是一個「安靜」的黑洞。

HR 6819系統,紅色是看不見的黑洞

早在2004年,天文學家們就盯上了HR6819,隨後發現其中一顆恆星總是以某個點「搖擺」,這意味著它的附近有某種看不見的引力源。

根據長時間的觀測數據,研究者計算得出一顆正常的恆星無法在那顆搖曳的恆星光亮下隱藏起來,而且其質量至少是太陽的4.2倍。

這太重了,它不可能是一顆中子星,更可能是一個黑洞。

在天文學中,通過觀測雙星系統的引力效應,是探測黑洞的一個重要手段。

因為一顆普通恆星常和一顆看不見的「恆星」組成雙星系統。距離不是問題,只要可見恆星足夠明亮,在光譜中顯示清晰的線條,我們就可以計算出它在軌道上的移動速度。如果再能知道雙星的傾角(指雙星軌道平面與所見的天空平面之間的角度),就可以計算出看不見「恆星」質量的下限與上限。

如果測出的最小質量大於中子星的最大質量(約3.2倍太陽質量),那麼看不見的「恆星」就很可能是黑洞。然而這種間接方法還不足以確定黑洞,所為HR6819中隱藏的那個不明物體還只能稱為黑洞候選者(Black Hole Candidates)

目前來說,HR6819中可見恆星的質量是依賴於一個假設計算而來。如果這個假設錯了,那麼這個不明物體的質量可能就會小一些,變成一顆黯淡的中子星,甚至是一顆非常輕的普通恆星,根本就不是黑洞。

02

新發現的這個黑洞候選者之所以「安靜」,因為它並不像我們以往發現的那些黑洞一樣發出強烈的X射線,而大多數黑洞候選者都是X射線雙星(X-ray Binaries)的成員。

所謂的X射線雙星,就是一個釋放X射線的雙星系統。它們是宇宙中第一批被發現的X射線源(除了太陽和類似太陽系來源)。

X射線雙星有兩種不同的類型:高質量X射線雙星(HMXB)低質量X射線雙星(LMXB),它們具有不同的性質。

高質量X射線雙星最初源於兩顆不同質量的恆星系統,它們圍繞著共同的質心旋轉。質量越大的個體演化速度越快,在幾百萬年之後,首先走向生命的盡頭,膨脹為一顆巨星。

其膨脹的外層反而會被質量小的伴星所吸食,然而這並阻擋不了它最終在超新星中爆炸,留下一顆中子星或黑洞。這可能會破壞雙星系統,但如果這顆恆星在爆炸時的質量比它的伴星小,那麼它們的系統就會保持下來,儘管軌道可能會更偏心。

隨後,伴星走向生命的盡頭膨脹成為一顆巨星。然後,它鬆散的外層又將被中子星或黑洞吸食,進入HMXB階段

黑洞高質量X射線雙星系統的可視化效果

伴星的氣體通過系統的洛希瓣(Roche Lobe)落入中子星或黑洞的引力勢井,形成一個氣體的吸積盤。伴星原本的引力勢能被轉化為吸積盤上的氣體動能。吸積盤上的氣體由遠到近,動能逐漸增加,當靠近黑洞時,動能就會瘋狂增加。由於氣體動能與其溫度成正比,動能越高,產生的光子輻射能就越高,再加上由黑洞形成的噴流,就會產生強烈且持續的X射線。

天鵝座X-1就是這種類型的X射線雙星。不過它強烈的X射線不僅是因為吸積盤,還因為它有一個比太陽日冕強10000倍的日冕,而這大部分能量都是由黑洞巨大的引力驅動的。

低質量X射線雙星的起源還不太清楚。最有可能的解釋是,它們源於一顆緻密天體的引力捕獲。一顆原本孤零零的恆星殘餘,在星際旅程中,捕獲了另一顆恆星並緩慢吸食它,這種雙星系統會更穩定。

如果是中子星,質量的轉移會使它旋轉加快,甚至變成一顆每秒轉數高達千次的毫秒脈衝星

低質量的X射線雙星傾向於以爆發和瞬變的形式發射X射線,它們發射的X射線能量也更低,以至於有些我們並不一定能發現。

03

在高質量X射線雙星中,那顆看不見的物體有可能是黑洞,也有可能是中子星。

中子星和黑洞的重要區別在於:黑洞沒有堅硬的表面。當伴星的氣體落入黑洞時,不可能在表面發生核爆炸,而當氣體物質堆積在中子星表面時,可以將中子星「點燃」,就像在恆星核心一樣。這會導致其最大的可見熱核閃光。X射線發射可以上升10倍,然後再次衰弱。

這樣看來,如果高質量X射線雙星中伴有核爆炸的發生,那麼這顆星一定是中子星,而不是黑洞。然而,實際情況並非如此。因為在吸積盤中的氣體也有可能發生核爆炸的耀斑。

不過,物質在進入視界時會丟失,所以黑洞周圍的吸積盤應該比中子星暗一點。一些觀測證據已經證明了這一特徵。當然前提是我們沒正對黑洞噴流方向。

除了在高質量的X射線雙星中,還有其他地方可以發現黑洞。

1、超新星的遺蹟

當一些超新星遺蹟中沒有中子星的證據,就很可能有一個黑洞誕生其中。

2、γ射線暴

天文學家認為在一顆絢爛無比的超新星中,形成一個快速旋轉的黑洞時,就會發生γ射線爆發。

3、引力透鏡

在宇宙中大大小小的天體產生的引力場都會使得空間彎曲,從而使光看起來像在彎曲的路徑上傳播。

如果一個黑洞擋在了恆星前面,我們仍然可以看到恆星發出的光,因為光會圍繞著黑洞移動,黑洞會放大後面恆星的光,使得恆星變得更亮。這稱之為引力透鏡效應。而且根據放大的效果,我們可以計算出充當「透鏡」的黑洞質量。

然而,這種光亮的變化可能源自引力透鏡效應,也可能源自恆星自身。要區別它們就需要記住一個重要事實:經過透鏡放大的星光,藍光和紅光都會以同樣的亮度變亮,而如果這顆恆星碰巧自己亮了,藍光和紅光就不會以同樣的速度增加。

4、星系核心

現在的研究表明,每個星系的中心都有一個超大質量的黑洞。比如我們的銀心就潛藏著一個百萬倍太陽質量的超大黑洞。

這些黑洞以它那宇宙洪荒之力,攪動著整個星系,為宇宙汪洋掀起星星點點的浪花,但歐洲南方天文臺的Marianne Heida認為,銀河系中絕大多數黑洞實際上都很「安靜」。

在我們的銀河系中,大約潛藏著1億多個黑洞,而我們至今發現的黑洞不過100個左右。如果HR6819中那個黑洞被證實,它或許是離地球最近的一個。

尋找這些「安靜」的黑洞,在未來相當一段時間內,將是天文學家需要攻克的一大難題。

對於這些黑洞,雖然我們未曾真正見上一面,甚至從未直接獲取關於它們的信息,但我們卻能通過想像、推測、檢驗……進而確認它們的存在,想來真是不可思議。

以人類自身的局限性來說,黑洞代表著宇宙的一種終極未知,而為了越來越靠近這些未知,我們首先需要尋找到更多的黑洞。

無論黑洞是否是連接另一個時空的通道,但它至少是連接已知與未知的橋梁。

至於「黑暗森林」裡的黑洞,是否潛藏著高級文明的獵手,就交給大家去腦洞了!

相關焦點

  • 黑暗森林
    宇宙就是一座黑暗森林,每個文明都是帶槍的獵人,像幽靈般潛行於林間,輕輕撥開擋路的樹枝,竭力不讓腳步發出一點兒聲音,連呼吸都必須小心翼翼。他必須小心,因為林中到處都有與他一樣潛行的獵人,如果他發現了別的生命,能做的只有一件事——開槍消滅。在這片森林中,他人就是地獄,就是永恆的威脅,任何暴露自己存在的生命都將很快被消滅,這就是宇宙文明的圖景,這就是對費米悖論的一種解釋。
  • 格萊普尼爾:第五集的劇情有點迷,黑暗森林遊戲開始了
    雖然外星人的言語裡必然帶有矇騙的性質,但就算是為了力量不落到邪惡的手裡,修一和紅愛也要去瞧一瞧。地圖指引的地方是荒郊野嶺,同時這片區域地勢複雜且廣袤,周圍潛藏著和修一他們一樣的收集者。也就是說,修一和紅愛已經身陷了黑暗森林。先來複習一下「黑暗森林法則」。
  • 《三體》裡神級文明使用的終極武器-「宇宙規律」
    在星際戰爭中,神級文明使用的終極武器是-宇宙規律!場景一:獵戶旋臂神級文明的清理員-歌者向長老申請一塊二向箔來清理太陽系。長老立刻給了歌者一塊。但歌者有些不安:您這次怎麼這樣爽快就給我了?這東西如果用得太多了,總是……宇宙中到處都在用。
  • 網際網路裡的「黑暗森林」法則
    網絡何其危險,簡直就是一個「黑暗森林」!那麼什麼是黑暗森林呢? 宇宙中危險的「黑暗森林」 「黑暗森林」理論來源於劉慈欣的小說《三體》,它跟宇宙文明有關:整個宇宙都是一座黑暗的森林,每一個文明都是森林中帶槍的獵人。
  • 三體中的黑暗森林理論是如何推導出來的?
    在這之前科幻界對於宇宙規則和倫理的構建有完全不同的看法,比如在我心目中穩距科幻界巔峰的衛斯理系列,他的觀點是:科技的發展同時伴隨道德水平的發展,一個能夠掌握星際旅行的文明必然已經發展到極為高尚的思想水平,不會對任何低等文明進行無聊的攻擊。
  • 宇宙各文明都會遵循「黑暗森林法則」嗎?看看地球生物就知道答案
    引言:黑暗森林法則真實存在於宇宙內?宇宙文明都不約而同地遵循黑暗森林法則?以地球情況為參照,黑暗森林法則真實存在的可能性極小。看過《三體·黑暗森林》一書的朋友或會對書中提到的「黑暗森林法則」印象深刻。在作品中,作者將「黑暗森林法則」描述為:宇宙好比是一座巨大的黑暗森林,這片森林內潛藏著無數生命與文明,每種文明都是高度警惕的持槍獵人,在黑暗的森林中謹慎前行。為什麼大家都不願與外界建立聯繫呢?這是因為大家默認,暴露之時便是滅亡之際,一旦暴露,便會受到其他文明的無情掠殺,暴露者的最終結果很可能是徹底消失在宇宙間。
  • 黑暗森林法則是何?它與費米悖論是如何解釋外星文明的?
    早在上個世紀,人類就已經開始了對外星文明的探索,一些科學家迫切地想要知道,除了人類,宇宙中還有其他生命存在嗎?但也有一些科學家表示了反對,他們認為,如果外星人真能發現我們人類,那他們的文明程度必然要比我們高,我們如何能夠保證他們不會入侵地球呢?
  • 黑暗森林法則是宇宙文明生存的真相
    黑暗森林法則含義與我們看過的很多科幻片中善良的外星人不一樣,劉慈欣在《三體》中設想的外星文明的道德高度是值得商榷的,他認為存在零道德的宇宙文明是完全可能的。黑暗森林法則是劉慈欣在《三體》系列小說《黑暗森林》中提出的,簡單點說就是在宇宙中不慎暴露自己位置的文明一定會被幹掉。從作者的角度看,這是一個假說;從小說的角度看,這就是宇宙文明生存的真相。
  • 費米悖論解釋說道,宇宙就是一座黑暗的森林,文明都是帶槍的獵人
    ,法則認為宇宙中的物質總量基本不變,一個文明的出現就代表另一個文明的終結,宇宙就是一座黑暗森林,每個文明,都是帶槍的獵人,像幽靈一般潛行在林間,每個獵人都必須小心,連呼吸都必須小心翼翼,因為林中到處都有與他一樣潛行的獵人,在這片森林中,他們就是永恆的威脅,任何暴露自己存在的生命都將很快被消滅,這就跟吃雞遊戲是一樣的道理。
  • 宇宙文明真會奉行黑暗森林法則嗎?看看我們地球上的情況就知道了
    黑暗森林法則是科幻作家劉慈欣在其作品《三體.黑暗森林》中提到的一種宇宙文明奉行的法則,這種法則勾勒了這樣一種宇宙文明圖景:宇宙就是一座黑暗森林,每個文明都是帶槍的獵人,大家像幽靈般潛行於林間,動作都十分的小心翼翼,因為林中到處都有與他一樣的獵人,無論誰先發現了誰,都會開槍消滅之。
  • 最恐怖的科學理論:黑暗森林法則
    這種現象,可以用最恐怖的宇宙科學理論來解釋:黑暗森林法則宇宙就像一片黑暗森林,每個文明都是帶槍的獵人,他們最初並不知道彼此的存在,但一旦發現對方,出於自保,最理性的做法就是消滅對方。在我解釋這個科學理論之前,我將提供一點背景信息,以使其更具前瞻性:黑暗森林法則是眾多解釋費米悖論的理論之一。
  • 電瓶車時代的我們,怎麼利用黑暗森林法則,制定地球國家安全法?
    在劉慈欣的《三體2黑暗森林》中,大劉借用了一位不受世俗觀點約束,我行我素的男人——羅輯,訴說了人類社會學中的一個法則——黑暗森林,這條法則不但適用於地球,同樣適用於其他星球,甚至是整個宇宙。在我們真正進入宇宙進行宇宙航行之前,供我們使用的清潔能源交通工具,可能非電瓶車莫屬了,所以我給咱們目前所處的時代起了一個代號:電瓶車。如果非要將咱們的地球文明評個分做個比較的話,我想咱們至少可以得到100分,不過滿分是100000分。
  • 除了黑暗森林,還有哪些有趣的宇宙定律,宇宙博弈論vs蜂巢宇宙
    宇宙就是一座黑暗森林在這片森林中,他人就是地獄,就是永恆的威脅,任何暴露自己存在的生命都將很快被消滅,這就是宇宙文明的圖景,這就是對費米悖論的一種解釋。這是科幻小說《三體》給我們提供黑暗森林的宇宙法則,為眾多科幻迷們津津樂道,甚至已故霍金也放言,要人類保持沉默。但是除了黑暗森林宇宙法則,科學家、科幻作家也提出了其他一些有趣的宇宙法則,為費米悖論的一種解釋。
  • 《三體》黑暗森林中的蟲子,人類文明如何讓所有神級文明恐懼!
    她可能想人類文明得到更好地改善,才想藉助外界的力量,但也可能是心懷恨意的復仇之舉。無可厚非的是,從此,地球、人類都陷進宇宙黑暗森林法則中所謂黑暗森林法則,就像生活在黑暗森林裡的老鷹一樣,只有強大,才能存活。
  • 劉慈欣《三體》中黑暗森林法則:不管落不落後都要挨打?
    「宇宙就是一座黑暗森林,每個文明都是帶槍的獵人,像幽靈般潛行於林間……如果他發現了別的生命,能做的只有一件事:開槍消滅之。在這片森林中,他人就是地獄,就是永恆的威脅,任何暴露自己存在的生命都將很快被消滅,這就是宇宙文明的圖景。
  • 黑暗森林法則是不是真的?人類向宇宙發射信號會遭到攻擊嗎?
    就像黑暗森林那樣在我國鳳毛麟角的世界級科幻作家中,劉慈欣的地位當之無愧的第一,而他最優秀的作品《三體》在科學愛好者眼中的影響力也相當深遠,就算不是科幻迷也常常能圍繞著相關的熱詞嘮上幾句,比如什麼「降維打擊」啦,「面壁者」啦,當然其中影響力最大的概念必然是「黑暗森林法則」關於此法則,我想還是原文解釋得更加生動,這裡我直接引用了:宇宙就是一座黑暗森林,每個文明都是帶槍的獵人
  • 劉慈欣設計的「黑暗森林法則」還不夠黑!我們活在外星動物園裡
    按照「黑暗森林法則」,我們當下進行的太空探索,其實是向整個宇宙公開地球位置,人類已經暴露了!如果被更高智慧等級的外星人發現,人類將被奴役、地球將遭到滅頂之災;我們應該悄悄藏在黑暗的宇宙森林裡,不聲不響地「猥瑣發展」。
  • 「黑暗森林法則」究竟是什麼?
    說到黑暗森林法則,一些國內的科幻迷們應該是非常熟悉的,即使不熟悉也肯定聽過,這是一個解釋宇宙現象的科幻理論。宇宙如此浩瀚,人類為何在發現外星文明上一直沒有進展?也沒有任何外星文明拜訪地球,要知道即使人類科技達不到,難道其他文明全部都達不到嗎?
  • 《三體》:不動聲色的這四個人,往往懂得恪守「黑暗森林法則」
    :宇宙就是一座黑暗森林,每個文明都是帶槍的獵人,像幽靈般潛行於林間,輕輕撥開擋路的樹枝,竭力不讓腳步發出一點兒聲音,連呼吸都必須小心翼翼:他必須小心,因為林中到處都有與他一樣潛行的獵人,如果他發現了別的生命,能做的只有一件事:開槍消滅之。
  • 黑暗森林法則與費米悖論
    在這裡,我們將伴隨大家一起探索宇宙深處的奧秘。宇宙起源,黑洞,蟲洞,多維空間,相對論,量子力學,地外文明,迷失古蹟,不解之謎,科技前沿。從宏觀到微觀,從科技到科幻,我們一一為您呈現!歡迎廣大宇宙愛好者持續關注我們微信平臺!