15秒視頻記錄黑洞撕裂恆星瞬間,一文回顧200年黑洞研究史

2020-10-17 紅網

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近日,來自英國伯明罕大學的天文學家發布了一項觀測研究成果,記錄下了黑洞吞沒恆星的全過程。視頻顯示,一顆恆星從黑洞旁路過,被強大潮汐力撕裂,拉成細長的物質流,最終部分落入黑洞之中,期間還爆發出明亮閃光。這顆恆星質量與太陽相當,大約一半被吞噬。

黑洞是現代廣義相對論中,存在於宇宙空間中的一種天體。黑洞的引力極其強大,使得視界內的逃逸速度大於光速。故而,「黑洞是時空曲率大到光都無法從其事件視界逃脫的天體」。

2020年諾貝爾物理學獎得主。

2020年10月6日,瑞典皇家科學院常任秘書戈蘭·漢松宣布,將2020年諾貝爾物理學獎授予羅傑·彭羅斯(Roger Penrose),萊因哈德·根澤爾(Reinhard Genzel)和安德裡亞·格茲(Andrea Ghez),三位獲獎者因發現了宇宙中最奇特的現象黑洞,將分享1000萬瑞典克朗獎金(約合760萬人民幣)。

黑洞照片。

「事件視界望遠鏡」項目2019年4月10日在全球多地同時召開新聞發布會,發布他們第一次拍到的黑洞照片。

據介紹,此次發布的黑洞圖像揭示了室女座星系團中超大質量星系M87中心的黑洞,其距離地球5500萬光年,質量為太陽的65億倍。該圖像的許多特徵與愛因斯坦廣義相對論的預言完全相一致,在強引力極端環境下進一步驗證了廣義相對論。通過研究這個圖像,人類將揭示出黑洞這類天體更多本質。

實際上,人類對黑洞的研究已經持續了兩百年以上,這其間,無數科學家前赴後繼,用偉大的思維證明了黑洞的存在。

黑洞的最早認識

在歷史上,人類對黑洞能夠吞噬光線特性的最早認知,早在公元18世紀晚期就已經出現了,這距今已經有230年以上的歷史。不過在那個時候,科學家提出的概念是,宇宙中可能會存在一種天體,它在密度與太陽相同的情況下直徑比太陽大幾百倍,它的逃逸速度可能會超過光速,也就是可以把光都吸進去的「黑暗星球」。

當時的科學家們是根據牛頓的萬有引力理論提出這一概念的。而牛頓這些理論對解釋某些天體運行時有一定偏差,因此對這些「吸光的黑暗星球」的研究沒有繼續下去。

史瓦西預測黑洞存在

卡爾·史瓦西

到了1915年愛因斯坦提出廣義相對論之後,科學家們很快就意識到,廣義相對論在把握黑洞相關概念方面,是更有效的工具。

1916年,德國天文學家卡爾·史瓦西通過計算得到了愛因斯坦場方程的一個真空解,這個解表明,如果一個靜態球對稱星體實際半徑小於一個定值,其周圍會產生奇異的現象,即存在一個界面——「視界」,一旦進入這個界面,即使光也無法逃脫。這個定值稱作史瓦西半徑,這種「不可思議的天體」被美國物理學家約翰·阿奇博爾德·惠勒命名為「黑洞」。

黑洞研究的飛速發展

黑洞的突破性發展大概要到上個世紀60年代。先是在1963年,著名的數學家克爾(Roy Kerr)通過數學求解的辦法,第一次得到了「帶旋轉黑洞的精確解」。隔年,也就是1964年,科學家用觀測的手段發現了第一顆恆星級的黑洞。

到了1974年,科學家霍金就提出了著名的霍金輻射。

史蒂芬·威廉·霍金。

同時,在這幾十年間,科學家陸陸續續地發現了許多黑洞,主要集中在恆星級黑洞和超大質量黑洞。到了2015年,LIGO引力波探測器首次觀測到了兩個黑洞的合併。這兩個黑洞都屬於恆星級黑洞,其中一個黑洞大概是36個太陽質量,另一個黑洞大概有29個太陽質量。到了2016年,第二次觀測到了黑洞合併事件。引力波觀測黑洞合併成為了科學家的重要手段。

經過長達兩百年的科學研究和探索,科學家終於證明了黑洞的存在,也證明了人類無邊界的思想。

無論是愛因斯坦還是史瓦西以及奧本海默、霍金乃至黑洞名稱的提出者約翰·惠勒,他們都沒有等到黑洞照片問世的這一天。但是他們用自己的偉大貢獻,在人類探索無限宇宙的過程中,證明了人類智慧蘊含的無限可能。(紅網綜合)

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