黑洞外為什麼會有一圈光環?

2020-11-22 網易新聞

「黑洞」是什麼？首先，它肯定不是一個洞。

它其實是廣義相對論中，一種宇宙空間內確實存在的天體，又被稱為「空間斷裂帶」。它的質量非常大，大到它產生的引力足以將光牢牢吸住，使光進入黑洞後都無法反射或散射出去。因此，憑藉人類現有的技術手段無法直接觀測到這一神秘的天體。

前幾年，來自全球30多個研究所的科學家們開展了一項雄心勃勃的龐大觀測計劃，利用分布於全球不同地區的8個射電望遠鏡陣列組成一個虛擬望遠鏡網絡，拍下了人類歷史上第一張黑洞照片。隨後，他們花了將近兩年的時間把這張照片洗出來，最後呈現在公眾面前。人類第一張黑洞照片 那麼問題來了，既然黑洞連光都能吞噬，為什麼這張照片裡拍出來的是一個光團呢？

要想明白這個問題，你先要搞懂兩個概念。

1、視界

視界是什麼？這其實是一個界面，並不是真實存在的物體。由於黑洞的密度幾乎無窮大，它的質量幾乎全部集中於中心的一點——奇點，這個點周圍的空間會發生一些奇妙的變化，這個發生了變化的空間與正常空間的「接觸面」就是「視界」。任何物質包括光在內，都可以進入到視界內，但是，只要進去了就再也出不來了，即使你有光的速度也跑不出來，因為你跑得沒有它「吸」得快。

所以，在黑洞的視界範圍內，是無法觀測到任何物質存在的，但在視界範圍外就不一樣了，這就是接下來要說的了。

2、光

光是什麼？相信聽說過「波粒二象性」的人都知道，光既是一種波（能量），又是一種粒子（光子）了。那麼你知道光是怎麼產生的嗎？

通俗地說，人眼能看見或者看不見的光都是由原子或其他粒子受外界能量或其他作用激發產生的。當粒子受到外界能量作用時，粒子內運動的電子就會吸收外界能量躍遷，從基態（可以理解為空腹狀態）躍遷到激發態（可以簡單地理解為吃飽了撐著的狀態），當電子從激發態回到基態時就會釋放能量，一個電子釋放一光子能量，這個能量就是光。

再說回黑洞，前文提到黑洞視界外與視界內是不同的。視界外基本就是正常的宇宙空間了，宇宙中並不是純粹的真空環境，它是存在很多塵埃和氣體的。黑洞外更是如此，黑洞四周聚集了大量的氣體和宇宙塵埃，以及粒子化的星球之類的。這些物質在黑洞強大到令人髮指的引力作用下就會躍遷激發，釋放出大量的可見光以及高能射線，比如X射線或y射線等等。

因此，無論是人類第一張照片還是科幻電影裡看到的黑洞，我們所看到的光環就是黑洞視界外的光。

特別聲明：以上內容(如有圖片或視頻亦包括在內)為自媒體平臺「網易號」用戶上傳並發布，本平臺僅提供信息存儲服務。

相關焦點

  • 研究表明：黑洞「事件視界」外必須至少存在一個光環
    其研究成果發表在《物理評論快報》期刊上，新研究定理表明：一般來說，靜止黑洞都必須至少有一個光環。過去的宇宙學觀測表明，這些經典黑洞都有光環軌道，這可能意味著任何可以想像到的黑洞也會有這些軌道。通過新研究，庫尼亞和赫代羅試圖研究外推光環軌道概念的可能性，並將其應用於具有一般物質含量的黑洞，或應用於另一種引力理論(即，不是廣義相對論)。新定理為一般靜止黑洞必須至少有一個光環軌道的預測，提供了堅實的理論基礎。
  • 黑洞的周圍有無數的光環。下面說說我們是怎麼看到它們的
    經過科學家們漫長而艱辛的工作，圍繞著這個球體，拍攝了第一張黑洞的正像照，一個在5500萬光年外的被稱為M87*的特大質量的怪物。那張壯麗的、金黃的且模糊的圖像印證了科學家們關於黑洞的許多觀點。黑洞的引力強大到讓人難以想像。黑洞不僅巨大，就連光的速度都無法成功逃離它們的引力，而且彎曲周圍光通過的軌道，從而越過事件視界。如果一個經過的光量子太過靠近了，它就會被困在黑洞周圍的軌道上。這就產生了所謂的「光環」或「光球」，一個完美的光環應該環繞著黑洞，然後在吸積盤的內邊緣裡，但在事件視界之外。
  • 科學家拆解黑洞陰影周圍的甜甜圈光環,由無數薄光子環組成
    去年4月，我們第一次瞥見了宇宙中不可見的黑洞，看著這個位於M87星系中心的超大質量黑洞被一個明亮環島包圍，像一個甜甜圈，然而那張照片中，我們只知道環的直徑，不清楚環的「厚度」和更詳細的子結構。現在科學家發布了新的計算結果，表明光環由一系列子環組成，看起來就像電影畫面。
  • 電影中的科學（一）《星際穿越》中，卡岡圖亞黑洞為什麼長這樣
    諾蘭大神執導的影片《星際穿越》中有一個重要的場景——卡岡圖亞黑洞。，邊界以內，光線會在巨大的引力（時空曲率）作用下「墜落」回黑洞；但從這裡以外，光就可以螺旋著逃離黑洞引力的控制了（從這裡向外，黑洞引力邊界才是可見的），我們管這個邊界叫做「事件視界」。
  • 人類首次拍到隱藏黑洞!黑洞內部有什麼?科學家稱:會別有洞天
    這個模擬出來的超大口徑望遠鏡有多厲害呢？通常來說，我們的視力在1.5左右，最好的可能會達到2.0，而這個模擬出來的天文望遠鏡數值有3000000，震驚吧！黑洞，顧名思義就是漆黑的一個洞，那這應該是看不見，但為什麼照片拍出來的這麼亮呢？
  • 黑洞會變成白洞嗎?圈量子引力理論表示會!
    博科園-科學科普：天體物理學類「黑洞會變成白洞嗎？」圈量子引力理論：「會的。」黑洞向白洞過渡的藝術想像圖。圈量子引力理論通過將時空量子化，來擴展廣義相對論，它預言黑洞會演化成白洞。圖片：F. Vidotto/University of the Basque Country黑洞，是人們所熟悉的非凡天體。
  • 超大質量黑洞的神秘光環,Sgr A *周圍的冷氣體有多大?
    在我們的銀河系中心，有一個被稱為Sagittarius A*的超大質量黑洞。通常情況下，它的名字會被縮寫為Sgr A *，也叫做射手座A *、人馬座A*。在它的周圍，科學家們發現了一團神秘的星際氣體，這個超大質量黑洞看上去好似被一個神秘的氣體光環所圍繞。它的發現，對科學家了解黑洞的生長過程、以及如何影響其周圍的環境，都提供了很多新知識。
  • 我一直在搖擺—— M87黑洞「光環」行為藝術鑑賞
    2019年4月，EHT項目的科學家們公布了這張史詩級的照片，照片主角就是潛伏在M87中心超大質量黑洞，它距離我們大約5300萬光年。M87中心超大質量黑洞的剪影在照片中依稀可見，這個巨大的黑洞質量約是太陽的65億倍。從外部意圖窺見黑洞內部是不可能的，黑洞的貪婪足以吞噬一切，就算是光也無法逃逸。
  • 恆星不願結束生命,自轉速度加快到28分鐘一圈,成功逃離黑洞
    在距離我們地球15000光年的地方有那麼一個星團，這個星團就是「杜鵑座47」的一個球形星團，就在這個星團裡面，有一顆白矮星。這顆白矮星的旁邊有一個黑洞，這顆白矮星的運行軌跡就在黑洞的吸積盤位置。
  • 土星為什麼有光環?
    土星為什麼有光環？如果問太陽系中最美麗的行星是哪一個？相信不少朋友都說土星最美麗。不錯，土星因為土星光環成為太陽系中最美麗的「指環王」。土星為什麼會有光環呢？圖示：土星和它的光環通過卡西尼號土星探測器對土星環的觀測科學家發現，土星環是由很多部分組成的。其中距離土星最近的光環成為D環，然後由近到遠依次是C環、B環、A環、G環和E環。在土星光環的每一個部分中也都是有無數個小環組成的。土星光環環環相套，從遠處看去就像一張巨大的密紋唱片。
  • 為什麼說黑洞是宇宙最可怕的天體？人進入黑洞後會發生什麼？
    是超大質量恆星，是暗物質，是中子星，還是黑洞呢？為什麼有人認為黑洞是宇宙中的絕對王者呢？黑洞有幾個主要特質。一是黑洞是黑色的，不能直接被觀測到，科學家只能通過吸積盤來判斷黑洞的存在；二是黑洞有強大的引力，黑洞是由超大質量恆星坍塌所形成的，因此萬事萬物一旦被黑洞盯上就無所遁形了。那麼黑洞究竟有多可怕呢？如果人進入了黑洞會發生什麼事呢？
  • 美媒解釋:為什麼黑洞照片是橙色光環?
    新華社北京4月12日新媒體專電 美媒稱，史上首張直接觀測到的黑洞圖像已經發布，一個發光的橙色環狀物圍繞著一個黑色核心。這幅圖像顯示的究竟是什麼？這不規則的環狀物為何是橙色的？據美國趣味科學網站4月10日報導，美國國家科學基金會發布聲明稱，黑洞是緻密天體，其質量非常大——M87星系黑洞的質量約為太陽的65億倍。該基金會稱，由於質量巨大，黑洞會扭曲時空，將周圍的塵埃和氣體加熱至極端溫度。報導稱，顧名思義，黑洞是不可見的，因為沒有光能從中逃逸。
  • 科學家解開M87星系黑洞的結構,看起來更像是千層餅!
    去年在天文界最重大的發現就是拍到了人類史上第一張黑洞的照片，在此之前對於黑洞的了解一直停留在理論階段，由於黑洞能吞噬包括光線在內的一切物質，導致人類無法直接觀察到這種奇怪的天體，只知道在大多數星系的中心都有一個超級質量的黑洞存在，首張黑洞照片的面世證實了上世紀由愛因斯坦提出來的天體確實存在，只是黑洞的結構到底又是什麼的呢？這又是一個新的話題。
  • 人類首次拍到的那個黑洞,它的引力到底有多大?
    從拍攝的照片上看有一個橙黃色的光環，而中間是黑暗的，這就是黑洞。黑洞普遍存在於宇宙中，而且幾乎在每個星系都有分布，更不可思議的是它們幾乎都位於星系的中心。科學家通過大量的觀測和研究發現銀河系的中心就存在著一個超大質量的黑洞，據估計它比太陽還要重400萬倍。然而銀河系中心的黑洞還不是宇宙最重的黑洞，人類在M87星系中發現了一個更加可怕的存在。
  • 我一直在搖擺——M87黑洞「光環」行為藝術鑑賞
    M87中心超大質量黑洞的剪影在照片中依稀可見，這個巨大的黑洞質量約是太陽的65億倍。從外部意圖窺見黑洞內部是不可能的，黑洞的貪婪足以吞噬一切，就算是光也無法逃逸。光不能逃逸的這個臨界範圍，便是黑洞的事件視界。 陰影周邊的那圈光亮，來自高速過熱氣體輻射，他們在M87中心超大質量黑洞周圍盤旋，難逃被吞沒的命運。
  • 既然光都逃脫不了黑洞,那麼在照片中,黑洞周圍為什麼有光?
    一開始，徑直落入黑洞的物質受到黑洞巨大引力的撕扯與肆虐，咯黑洞越近，這種效果越明顯，物質會變得極度熾熱並在所有波段的光譜中發出輻射。為了逃脫黑洞的引力井，輻射會發生引力紅移，高頻輻射的頻率就會變低。沒有多少物質直接落入黑洞，大多數物質都斜著錯過去，並進入圍繞黑洞的軌道，形成吸積盤：積累了足夠多的物質後，摩擦愈演愈烈，氣體與塵埃被加熱而開始發光。
  • 為什麼拍攝5500光年外的黑洞,卻不選擇3萬光年內的黑洞?
    明明3萬光年內有黑洞，為什麼卻拍5500萬光年外的黑洞？讓人費解！黑洞一直是科學發展史上的一個空白，但是前幾日黑洞照片的公布，也讓我們對於黑洞有了初步的認識和了解，這張照片是在2016年開始已經拍攝，經過了兩年的衝洗之後在2019年和大家見面。
  • 黑洞本應該是看不見的,但為什麼大部分黑洞反而很明亮?
    黑洞本應該是看不見的，但為什麼大部分黑洞反而很明亮？位於星系中心的巨型黑洞通常被灼熱的氣體雲所包圍，當這些物質流入黑洞時，它可以在黑洞周圍創造出一個宇宙光環。但奇怪的是，銀河系中心的黑洞並沒有像它應該的那樣明亮。相對而言，弄清為什麼這個黑洞如此昏暗，將有助於了解我們所看到的黑洞「光線」與落入黑洞的物體之間的聯繫。為什麼黑洞如此明亮黑洞發光的方式有很多種。
  • 2020年諾貝爾物理學獎，為什麼頒給黑洞？
    說起黑洞，就不得不說下，1915年，愛因斯坦提出的廣義相對論。他就預測會有一個質量非常大的奇特物體會存在在宇宙中。而這個物體呢，它會彎曲時空，產生引力，所有物質都只能進不能出，連光都無法逃逸出來。為什麼給黑洞那麼這一屆諾獎為什麼頒給黑洞？小鯨猜測呢，會不會跟2019年4月10日，由事件視界望遠鏡（EHT）團隊所拍攝的人類首張黑洞的照片有關係。
  • 這次會動!黑洞「電影」來了
    由觀測數據和數學模型構建的一系列圖像顯示了M87星系中心黑洞從2009年到2017年的演化過程。一連串的短幀畫面顯示了黑洞周圍環境是如何隨著引力發生變化，將其周圍物質攪成漩渦的。　　這些畫面顯示了一個不平衡的光團圍繞M87星系中心的超大質量黑洞旋轉。為獲得這些畫面，事件視界望遠鏡合作組織（EHT）利用觀測網絡挖掘了黑洞的舊數據，並將這些數據與基於第一張黑洞圖像的數學模型相結合，展示了8年來黑洞周圍環境是如何演變的。這項研究9月23日發表於《天體物理學雜誌》。