光都無法逃脫黑洞,那麼,科學家又是如何給黑洞拍照的呢?

2021-01-12 會思考的宇宙塵埃

黑洞曾經是宇宙中最神秘的天體,在普通人的印象中,黑洞具有很強的吞噬性,以至於光這麼快的速度,都無法從黑洞內逃出,所以,黑洞是無法直接被觀察到的,只能以間接的方式感知它的存在。黑洞最初只是以一種數學上的猜想,以及它的難觀測性存在,直到2019年4月10日,首張黑洞的照片問世,人們才有所了解。

黑洞是如何被發現的

黑洞這個名詞是在20世紀提出來的,其實,在18世紀,已經有科學家感知到了黑洞的存在,稱之為暗星。這是一個偉大的洞見,超越時代100多年。

英國物理學家約翰·米歇爾在1783年提出了一個理論,如果有一顆和太陽質量相等,但體積很小的天體,這導致這個天體的引力非常大,以至於光子都無法逃脫。他提出這一理論的時候正是大清乾隆48年。

1796年,法國科學家拉普拉斯也提出了暗星的存在,他認為宇宙中存在著數量巨大的暗星,當一個天體的質量不斷增加,體積不斷減小時,引力會不斷增加,大到光都無法逃脫。

當愛因斯坦發表廣義相對論的時候,德國科學家卡爾·史瓦西那個時候已經在算愛因斯坦理論的方程。1916年,卡爾·史瓦西算出了愛因斯坦場的精確解,這個解表明了黑洞的作用範圍,在這個範圍內,光也無法逃脫,這個邊界被稱之為視界。這個定值稱作史瓦西半徑。太陽的史瓦西半徑是2954米。

在1969年,美國科學家約翰·阿奇博爾德·惠勒在一次會議上使用了黑洞這個詞,從此,黑洞成為一個廣為流傳的神秘名稱。

1964年,美國科學家裡卡爾多·賈科尼和他的圖納隊發現了天鵝座X-1。用x射線進行了進一步觀察,發現這顆藍巨星有許多不尋常之處,經過許多年的研究,最終證明這就是一個黑洞。

黑洞是如何產生的?

宇宙中有很多恆星,這些恆星壽命並非無限的,他們也會有一個終結。恆星在最初只含有氫元素,氫元素發生核聚變來釋放能量,同時,這種能量能與萬有引力抗衡,維持恆星的穩定,氫元素核聚變產生氦元素,氦元素聚變產生鋰元素,依此類推,依次有鈹元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成,直至鐵元素生成,該恆星便會坍塌。由於鐵元素的穩定性,核聚變停止,也不產生能量,無法與恆星的萬有引力抗衡,恆星就開始坍塌。

恆星坍塌之後,就會引發超新星爆發,在不斷的收縮過程中,中子間的排斥力也無法阻擋,中子在高強度的擠壓中變成了粉末,成為一個密度非常高非常高的球體。

當然,黑洞也有自己的作用範圍,它也有一個臨界值,這個臨界值就是史瓦西半徑,理論上,太陽的史瓦西半徑是3千米,地球的史瓦西半徑是9毫米,但是,黑洞的最低質量也有極限,這就是奧本海默極限,這個極限是太陽質量1.5到3倍之間,只有大於這個極限的中子星,才能坍塌成一個黑洞。

黑洞照片是如何拍攝出來的?

我們知道,任何物體無法從黑洞中逃脫,光也不例外。那麼如何對黑洞進行成像?答案就是引力和X射線。

黑洞像普通星體一樣,都有很強的磁場,越接近黑洞的邊界,磁場越強。當帶電粒子穿過磁場時,就會被加速,隨著磁場越來越強,黑洞中心會釋放出越來越高的能量,這就是黑洞物質噴流。

這個黑洞物質噴流就是黑洞存在的證據,當一些大的天體距離黑洞很近的時候,常常有一部分物質被黑洞所吞噬,在被吞噬之前,這些物質會繞黑洞高速旋轉,形成黑洞周圍的吸積盤。這個吸積盤位於黑洞的赤道地區。它看上去非常明亮,吸積盤上的部分粒子會轉移到其他地區噴射出去,形成強烈的X射線。

在拍攝黑洞照片的時候,也就是拍攝到黑洞邊緣的部分,不同區域的廣度不同,於是可以看出黑洞的大致輪廓,那麼,這個黑洞照片大致拍攝出來了。

小編說

雖然人類現在已經拍攝到了黑洞的照片,但是有一點,我們所看到的黑洞照片只是看到黑洞的邊緣,對於黑洞的本體,由於它的性質,我們無法看到,但是,我相信,隨著科技的發展,人類對於黑洞也會越來越熟悉,黑洞終將不是秘密。

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  • 連光都無法逃脫的黑洞是怎麼拍的?
    看不見的黑洞如何證明它存在?  一百多年前,愛因斯坦提出廣義相對論,將引力視為時空扭曲的效應。他的方程預言,一個小而重的物體能隱藏在事件視界(event horizon)之內,在視界內,其引力強大到連光都無法逃脫,這個物體就是黑洞。幾乎所有的星系中心都存在黑洞,在那裡它們可以成長到太陽質量的數百萬或者數十億倍。
  • 光為什麼逃脫不了黑洞
    黑洞是現代廣義相對論中宇宙空間內存在的一種天體。黑洞的引力很大,使得視界內的逃逸速度大於光速。即黑洞是時空曲率,大到光都無法從其視界逃脫的天體,黑洞產生的過程是一個穩定的恆星死亡的過程,當某一個恆星衰老到一定程度的時候,它的核心在自身重力的作用下迅速的收縮塌陷發生強烈爆炸。
  • 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?
    眾所周知,黑洞正是因為不發光而得以「黑」的。黑洞的逃逸速度大於光速,因而事件視界內的輻射無法逃脫。因此照片中央出現了黑色的陰影,倘若我們真的能看見黑洞,就會是那個陰影的樣子。黑洞附近的關係可能從三四個方向過來,當然取決於你怎麼數了。
  • 黑洞照片要來了:給黑洞拍照,是要拍一張怎樣的照片呢?
    理論上,黑洞是愛因斯坦廣義相對論預言存在的一種天體,它具有的超強引力使得光也無法逃脫它的勢力範圍,該勢力範圍稱作黑洞的半徑或稱作事件視界(event horizon)。宇宙中,根據質量天文學家們將宇宙中的黑洞分成三類:恆星級質量黑洞(幾十倍-上百倍太陽質量)、超大質量黑洞(幾百萬倍太陽質量以上)和中等質量黑洞(介於兩者之間)。為什麼要研究黑洞?
  • 事件視界連光都無法逃脫,那麼黑洞就真的只吃不吐嗎?
    黑洞可能是整個宇宙中存在的最極端天體,雖然物質或能量的每一個量子都受到引力影響,但無論到哪裡,除了黑洞內部,都有其他力能夠克服引力。黑洞最重要的特徵是存在事件視界,其他類型的天體都沒有。雖然黑洞有這樣一個區域,那裡的引力非常強大,以至於沒有任何東西可以逃脫,即使以光速運動的光。黑洞的引力無法逃脫,這可能有漏洞嗎?黑洞在任何時候都會吐出東西嗎?如果會吐,那麼黑洞會吐出光嗎?黑洞最令人驚訝的事情是:黑洞根本不是黑色的(無論是理論上預測的,還是直接觀察到的)。
  • 連光都無法逃脫黑洞的引力,那麼引力波又是如何逃逸的?
    黑洞通常被描述為一個奇點,所有的質量都在這個奇點之上。它還被「事件視界」所包圍,事件視界剛好是可以光速可以逃逸的臨界點。很多人可能都有一個疑問,既然連光都無法逃脫出黑洞,那麼黑洞碰撞產生的引力波是逃逸的?
  • 事件視界內連光都無法逃脫,那麼黑洞就真的只吃不吐嗎?
    黑洞可能是整個宇宙中存在的最極端天體,雖然物質或能量的每一個量子都受到引力影響,但無論到哪裡,除了黑洞內部,都有其他力能夠克服引力。如果我們有一顆黑洞和一顆恆星在彼此的軌道上運行,就可以簡單地通過觀察恆星如何隨著時間的推移來推斷黑洞的存在(和質量的存在)。當它在軌道上來回擺動時,可以確定存在的另一個天體參數:
  • 既然連光都無法逃脫,第一張黑洞照片又是如何拍到的?
    不過,根據愛因斯坦提出的廣義相對論的時空扭曲論來說,一個小而重的物體能隱藏在事件視界之內,在視界內,其引力強大到連光都無法逃脫。那麼,我們又是怎麼拍攝到這張彩色黑洞照片的呢?一直以來,黑洞都是天文學中最神秘的話題和領域。作為宇宙中最神秘的天體,一代又一代的科學家們都為揭開黑洞的真面目而費盡了心思。
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