人類的首張黑洞照片為什麼不是銀河系中心黑洞,而是遙遠的M87

2020-12-05 科學信仰

黑洞是宇宙中廣泛存在著的一種天體,黑洞最早是根據愛因斯坦的廣義相對論推導而出的一種理論天體,所以雖然黑洞的存在已經被廣泛認可,但仍有人對於黑洞存在的真實性表示懷疑,直到第一張黑洞的照片問世,人類才切實領略到了黑洞之美。

在宇宙中,每一個龐大星系的中心都有著一個黑洞,黑洞對於整個星系的最初形成具有著舉足輕重的作用。在宇宙之中,沒有任何天體能夠像黑洞這樣有能力將大量的星系物質凝聚在一起,而形成最初的星系。而我們銀河系的中心自然也有一個黑洞,那就是人馬座a*。

人馬座a*是我們所在的銀河系的中心黑洞,自然也就是距離地球最近的黑洞,人馬座a*與地球的距離大概為2.6萬光年。

但是人類的首張黑洞照片並不是來自人馬座a*,而是遠在5500萬光年以外的M87。

那麼,我們為什麼要捨近求遠,放著2.6萬光年外的人馬座a*不拍,非要去拍如此遙遠的M87呢?要解開這個疑問,我們先要弄清楚這兩個黑洞的區別。首先,是位置關係,人馬座a*是銀河系的中心黑洞,而我們所處的太陽系就在銀河系之中,在地球與人馬座a*存在著大量的星系物質,特別是在靠近人馬座a*的地方,宇宙物質會更加稠密。

恆星的幹擾、宇宙塵埃的阻擋都會增加拍攝難度。其次,個頭大小。

人馬座a*和M87在質量上存在著較大的差別。

與太陽相比較,人馬座a*的質量可以達到太陽的400多萬倍,而M87的質量至少在太陽的65億倍以上,如此換算一下,也就是說M87的質量是人馬座a*的1500倍以上,可見和M87相比,人馬座a*可要輕多了。不過,無論是二者的位置關係,還是質量的大小,都不是此次拍攝選擇M87的主要因素。那麼到底是什麼原因讓科學家們選擇了M87呢?我們要從拍攝本身出發,弄清黑洞為什麼能夠被拍到。

黑洞本身是無法被拍攝到的,因為黑洞強大的引力會使得所有物質都被牢牢吸入黑洞內部,就連光也不例外,光無法逃逸而出,所以黑洞也就是漆黑一片,無法被看到,更不可能被拍攝到。

那麼我們拍攝的黑洞照片到底是什麼呢?我們之所以能夠拍攝到黑洞的照片,是因為黑洞的吸積盤。黑洞的引力極為強大,所以所有物質在進入黑洞之前都會被黑洞強大的引力牽扯撕碎成為粒子,這些粒子會在黑洞周圍高速運動,相互碰撞,在這一過程中,大量的能量被釋放,所以就在黑洞的周圍出現了一個發光的圓盤,也就是吸積盤。

因為吸積盤的存在,我們可以觀測並拍攝到黑洞。

從吸積盤的形成過程我們可以知道,吸積盤的亮度取決於黑洞吞噬物質的速度,黑洞吞噬的物質越多、速度越快,吸積盤就越亮,相應的也就越容易拍攝。

而人馬座a*的吞噬能力目前要遠遜於M87。還是以太陽為例,以目前的吞噬速度來看,人馬座a*要吞噬掉一個太陽,需要大概1000年左右的時間,而M87隻需要10年就可以完成,如此大量的吞噬物質,讓M87的吸積盤看起來極度明亮,所以也更容易被我們拍攝下來,這就是科學家們選擇M87的主要原因。

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