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黑洞是怎麼被發現的?我們為啥要給黑洞拍照片?給黑洞拍照片時到底拍的是什麼東西?這些問題被孩子問起時,你會回答嗎?
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科學家們發現在一些被X射線望遠鏡發現的雙星(由一個緻密星和另一個正常恆星組成)中,緻密星的質量比中子星的質量上限(約為3倍太陽質量)還大,但半徑卻差不多,因此認為這些引力極強的緻密星只能是黑洞。
目前在銀河系中已發現20多個黑洞X射線雙星,它們的黑洞質量大約是太陽質量的5到20倍。
黑洞剪影的模擬圖像:廣義相對論預言剪影是圓形的(中),其他理論則預言了不同的形狀(左、右)。圖片來源:D. Psaltis and A. Broderick
最近幾年,地面雷射幹涉引力波天文臺(LIGO) 已宣布已探測到11對雙黑洞併合產生的引力波,這些黑洞的質量都是幾十個太陽質量。
天文學家通常把這些質量為幾個到一百個太陽質量的黑洞叫恆星級黑洞。
二次世界大戰後,雷達技術廣泛用於射電天文,許多宇宙射電源被發現。這些射電源的光學像有的看起來很像恆星,但光譜觀測顯示它們本質上不是恆星,而是譜線有巨大紅移的銀河系外遙遠天體。
這些被稱為「類星體」的活動星系核能輻射出比銀河系高成千上萬倍的能量,其發光原理不能用核反應來解釋。
科學家們認為類星體的能源來自於其中心質量極大的黑洞吸積周圍物質所釋放出的巨大引力能↓
類星體中心超大質量黑洞及吸積盤、噴流示意圖 | 圖片來源:NASA/Goddard Space Flight Center
後來的觀測表明像我們銀河系這樣的正常星系中心也存在質量在百萬太陽質量以上的黑洞,只是因為這些正常星系中心的黑洞周圍沒有多少可供吞噬的物質,所以其表現不如類星體中心的黑洞「活躍」,無法釋放像類星體那樣巨大的能量。
天文學家把類星體和星系中心質量在百萬到百億倍太陽質量的黑洞叫超大質量黑洞。
那麼宇宙中是否存在介於恆星級黑洞和超大質量黑洞之間、質量為幾百到幾十萬倍太陽質量的中等質量黑洞呢?天文學家雖然在一些近鄰星系的極亮X射線源中似乎已找到中等質量黑洞存在的跡象,但還需更多的觀測予以證實。