歡迎來到酷兒話科學，酷兒今天要和大家聊一聊有關黑洞的探測與判定。宇宙中的恆星既有像太陽這樣獨來獨往的也有同另一顆恆星結成夥伴的恆星，其實雙星並不罕見。事實上，宇宙中的恆星構成雙星系統的佔到了一半，那麼如此一來，如果原來由兩顆恆星構成的雙星系統中，其中一顆恆星死亡變成黑洞後就成為了黑洞雙星，而且這種黑洞雙星的比例應該還不小。
在這種情形下，黑洞會將伴星的氣體吸引卷繞過來形成吸積盤，這些氣體彼此摩擦加熱圓盤，使其上升到很高的溫度，達到1000萬攝氏度或者更高，而那些黑洞還來不及吸收的氣體就會以噴流的形式釋放，而不論是吸積盤還是噴流都會發出強X射線。根據這種發出X射線的機制，如果觀測一個天體它主要發出強X射線，其他的電磁波很少，那麼就很有可能是黑洞。
事實上截止到目前為止，人類所發現的那些極似黑洞基本上都是通過觀測到這種X射線來發現的，而如果流向黑洞的氣體比較少，形成包圍黑洞的吸積盤比較小，那麼氣體就可以被黑洞從容吸收，也就不會形成噴流，但我們依然可以從吸積盤發出的X射線觀測到這種黑洞。但如果黑洞周圍沒有伴星，由於黑洞本身不發光，反而還要吸收掉周圍的光，所以這種黑洞是難以觀測到的。當然了，能發出強X射線的天體也不一定是黑洞，中子星也會像黑洞雙星那樣同其他恆星一起構成雙星，這樣的中子星也會有吸積盤，也會從吸積盤中發出X射線。
不過中子星和黑洞還是有一個很大的不同，那就是中子星自身會發光，而黑洞雙星中，只有其中的吸積和噴流才會發出X射線。位於中心的黑洞是不發光的，這樣我們就可以通過分析所觀測到的電磁波的光譜將中子星與黑洞區分開來。不過有時候由於黑洞太小了，而周圍的電磁波又太過耀眼，我們很難在其中確認黑洞存在與否，於是我們就要用到一個附加手段，這也是判定黑洞最可靠的證據，那就是強X射線天體的質量。由於中子星的質量絕對不會超過太陽質量的3倍，所以如果發現的X射線天體具有超過太陽3倍的質量，那麼這個天體就只能是黑洞而不可能是其他天體。
迄今為止，人們所發現的可以認定為黑洞的天體也都要做質量的判定。比如天鵝座X1，人們之所以認為它是一個黑洞，就是因為它那10倍於太陽的質量，那麼我們怎麼又知道X射線天體的質量呢？主要分兩步，第一步是根據星光的變化來了解天體的運動情況。一顆恆星如果在以一定的速度做圓周運動，那麼觀測者看到它的顏色就會由於這種運動時而偏紅色時而偏藍色，這就是都卜勒效應。那麼接連兩次觀測到相同顏色的時間間隔就是這顆恆星做圓周運動的周期，而根據光偏紅或偏藍的顏色變化的大小則可以知道這顆恆星做圓周運動的速度。
同時由於恆星越亮質量就越大，所以我們也可以從一顆已知距離的恆星的亮度排除距離的幹擾後計算出恆星的絕對星等，進而推測出它的質量，以上就是第一步。完成第一步後，我們就知道了與黑洞相伴的恆星的質量、速度、運動周期等重要參數。第二步是根據雙星的力平衡來求出那個看不見的天體的質量，我們知道兩個天體會圍繞共同的質心互相繞轉，這是靠萬有引力的吸引才得以維繫在一起的。兩個天體的距離越近，萬有引力就越強，與此同時，相互繞轉的兩個天體之間還作用著一種傾向於把它們向外分開的離心力，作用在這每一個天體上的萬有引力和離心力都必定保持平衡。
所以在知道了一顆恆星的質量、速度、繞轉周期後，那麼就可以利用力的平衡條件計算出那個看不見的天體的位置和質量。總結下來，怎麼察覺並判斷一個天體是不是黑洞呢？像地球和太陽這樣的系統中，太陽與地球也是相互繞轉的，但由於太陽實在比地球重太多，所以太陽幾乎不動，而地球在繞著太陽作比較大的運動；同樣的，如果我們觀測到一顆比太陽還要重的大質量恆星在做比較大的運動的話，那麼我們就可以判定還有另一個大質量天體與之結合為雙星，而如果那個天體又不發光，周圍主要是發射X射線，那麼它就很有可能是個黑洞。
因為由於中子星和白矮星都有各自的質量上限，那麼根據觀測到的伴星的運動和質量，求出另一個天體的運動和質量，就可以判斷另一個天體是不是黑洞。不過不得不說的是，這樣一個看起來毫無破綻的方法依然是對黑洞的間接探測，而理論上黑洞存在數量不少，但宇宙太大，即便是尋找黑洞雙星這樣爆裂的宇宙事件依然十分困難。以上就是酷兒分享的全部信息了，今天是酷兒陪伴你的第6天！