黑洞是什麼?如何給孩子介紹黑洞?

2021-02-15 好老師趙偉

天文學家終於捕捉到黑洞的黑暗真容了!

4月10日,「事件視界望遠鏡」(EHT)合作項目在全球四大洲同步召開六場新聞發布會,公布了這張萬眾期待的黑洞照片,其拍攝難度相當於從地球拍攝月球表面的一個甜甜圈

M87星系中心黑洞的首張照片。來源:EHT Collaboration

上圖展現了M87星系中心的特大質量黑洞,它距離我們有1600萬秒差距(5500萬光年),質量是太陽的65億倍。所得照片以前所未有的細節向我們展現了事件視界。在巨大的引力作用下,任何物體,即使是光也無法從事件視界內逃脫。

史丹福大學天體物理學家Roger Blandford表示,這張照片是一項「了不起的成就」。「當我還是學生時,我做夢也不會想到這種事情會成真,」他說,「結果再次確認了廣義相對論關於強引力場的預言是正確的。」

全球6場新聞發布會同時公布黑洞照片

這幾天你們家娃有沒有提出關於黑洞的問題呢?你想好怎麼回答了嗎?今天我們就為大家分享普及一下~

嚴格來講,黑洞並不是個「洞」,

而是宇宙空間內存在的一種特殊天體。

黑洞像個「無底洞」,

會把周圍任何物質都吸進去,

連光也無法逃脫。

黑洞無法直接觀測,

但能藉由吸積盤、噴流現象

等間接方式得知其存在。

黑洞最初其實是一顆衰老的巨大恆星,

有資格成為黑洞的恆星,

質量要達到太陽的數十倍以上。

恆星發光發熱靠的是內部的核聚變,

但恆星中心的「燃料」畢竟有限,

也會消耗;

恆星內部能量不足,

無法支撐起外殼的重量,

在外殼重壓之下,

恆星內核開始塌縮。

最終,

所有物質縮成一個

體積接近無限小,而密度超大的點,

這便是奇點

奇點質量極大體積極小,

會形成強大引力場

(看起來像一個黑色的「勢力範圍」),

吸收周圍物質,就連光也會被吸進去。

這個「勢力範圍」就被稱作

黑洞的半徑或事件視界。

至此,黑洞已經誕生。

剛誕生的「嬰兒黑洞」如饑似渴,

開始將體積較小的恆星的氣體

撕扯到自己身邊,

這些氣體在被黑洞吞噬前,

會在事件視界外形成一個環狀圓盤,

成為「吸積盤」,

它是科學家定位黑洞的重要依據。

當吸積氣體過多時,

一部分氣體會沿著磁場運動,

高速噴射強能量物質,這就是噴流

它促進新恆星形成,也能調節星系演化。

所以,

黑洞連接著恆星的死亡與新生

它像是星系秩序的調節者,

雖破壞力巨大,但也孕育生機。

給黑洞拍張照,不容易!

以銀河系中心黑洞Sgr A*(人馬座A*)為例,

地球與這個黑洞的距離達到了約25000光年!

給Sgr A*黑洞拍照,

相當於

在地球上拍攝一隻放在月球上的橙子

難度可想而知。

但這種事難不倒科學家們,

他們提出了

「事件視界望遠鏡(EHT)」計劃,

來對黑洞展開觀測。

事件視界望遠鏡

(Event Horizon Telescope,EHT)

分布於全球不同地區的

8個射電望遠鏡陣列

這8個望遠鏡在全球組成一個

虛擬望遠鏡網絡。

科學家們在同一時間,

利用不同地方的望遠鏡進行聯合觀測,

其有效口徑尺寸可達到地球直徑大小;

要給黑洞拍照,

8個望遠鏡需能同時觀測到黑洞。

每年,

科學家的觀測窗口期只有10天左右;

最後,

大型計算機集群對數據進行分析、合併,

花費將近2年時間,

「洗出」黑洞的照片。

人類對於宇宙的探索從未停止,

亦如我們對於知識的渴求從不止步。

而最終,

它們也都會給我們以驚喜。

宇宙太空還有無窮無盡的天體物理學奧妙等著我們去探求,歡迎孩子們來德偉思上物理課,感受奇妙的物理世界~

長按下方二維碼,了解詳情:

排版  Erika

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