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。