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首张黑洞照片面世人类第一眼(2)

  尽管人们对黑洞的热情高涨,但其只可远观而不可接近,否则,后果很严重。简单来说,如果你和黑洞靠得太近,你就会就像意大利面一样被拉长。这一现象有个极富创意的名字“意大利面条效应”。之所以会产生这种效应,是因为人体各处受到的引力大小不同。

  永久监狱?信息可从中逃逸

经典黑洞理论认为,任何物质和辐射都不能逃离黑洞;而量子力学理论表明,落入黑洞的信息可以重新获取,这个所谓的“信息悖论”已困扰科学界40年。

  根据著名理论物理学家霍金的理论,黑洞“事件视界”并非“有去无来”的单行车道。尽管物体一旦被吸入黑洞就会永远消失,但如果经过数十亿年的时间,黑洞可能会“渗出”一些被吸入物质的蛛丝马迹,即落入黑洞的粒子的信息部分并没有消失,有些信息会以不同的形式释放出来,只不过很难还原和破解。

  终极命运:或随时间蒸发殆尽

1973年霍金在弯曲时空量子场论的研究中发现原来“黑洞不黑”!原本经典理论上“一毛不拔”的黑洞在黑洞量子力学中也可以通过一定的机制发射黑体辐射,这就是霍金辐射!

  而且,黑洞的质量越小,其温度就越高。这样,随着黑洞损失质量,它的温度和发射率增加,导致其质量损失得更快。因此,小质量的黑洞,霍金辐射强,它们很快就会蒸发掉,一个10~15克的黑洞被蒸发掉所需的时间与宇宙的年龄相仿。

  吞噬地球?或是平行宇宙入口

中国科学院国家天文台研究员苟利军介绍,黑洞只会对非常靠近的天体产生破坏作用,目前已知的黑洞距离地球都是非常遥远的,因此对我们普通人的生活没有直接影响,但是有一些物理学家认为黑洞可以充当星际空间旅行通道,知名物理学家斯蒂芬·霍金曾说,在黑洞的最中心,是平行宇宙的另外一个入口。通过黑洞,可以快速到达在地球上看起来非常遥远的一个地方,或者另外一个平行宇宙。

黑洞是如何“被看见”的?

  神秘如幽灵般的黑洞不会发出任何光辐射,那么怎样才能在茫茫宇宙中探测到它们呢?这似乎有点像在煤窖里寻找一只黑猫。

方法1:“柴郡猫的笑容”

  虽然人类不能直接看见黑洞,但是它就好像《爱丽丝漫游仙境》中会露出牙齿的柴郡猫一样,通过强引力所导致的时空扭曲展现它的“笑容”。

●远方天体发出的光线在黑洞附近会被弯曲,黑洞扮演了引力透镜的角色。

  ●来自遥远背景星系的光线在途经前方星系或者黑洞产生的引力场时,发生了扭曲而形成“弧形”,甚至可变成圆环形状。

方法2:“星星绕着谁跳舞”

  黑洞的引力会对附近天体产生影响。

●一些天体系统,其中的两颗恒星因彼此间的引力吸引而做互绕运动。而在某些这类双星系统中只能看到一颗恒星,它绕着某个不可见的伴星做轨道运动。

  ●在绝大多数星系的中心,都存在着一个超大质量黑洞。正如地球绕着太阳转,星系中的恒星也都围绕着这个超级黑洞旋转。

方法3:“一贪吃就露馅”

  情形A:

当黑洞吞噬恒星等物质时,这些物质会被黑洞的巨大引力撕扯成气体,并在黑洞视界外围形成一个旋转的气体吸积盘,其中气体一边旋转一边向视界靠近,最终被吸入黑洞。吸积盘中气体高速旋转,越靠近视界转速越快,高速气体之间的摩擦会产生大量的热,使吸积盘中心部分气体温度达到惊人的高度并发出强烈的X射线。科学家可以通过捕捉宇宙中的X射线,并由此推断黑洞的存在。

  情形B:

有的黑洞处于双星系统中,而另外一个天体是正常的恒星,在这种情形下,正常恒星的物质会被黑洞强大的引力吸引过去。这些物质不会直接掉入黑洞中,而是会首先进入黑洞周围的吸积盘中,某些时候吸积气体的量过多,不能被黑洞全部吞掉,还会沿着黑洞的两个转轴将多余的气体抛射出去,产生非常壮观的喷流。正是由于吸积盘和喷流的存在,它们都能够产生电磁辐射,科学家利用地面或者太空的望远镜就可以探测到黑洞的存在。

  中国发射的“慧眼”太空望远镜就是利用这个方法观测黑洞的。

方法4:“看不见还可以听”

  2015年9月14日人类首次探测到引力波,从此拥有了感知宇宙的新能力。而那次探测到的引力波就来自两个黑洞的并合,这也是黑洞以及双黑洞系统存在的最有力证据。

  引力波就像时空中的涟漪。两个黑洞组成的天体系统不会产生能够被探测到的电磁波辐射。因此引力波是目前研究双恒星级质量黑洞的唯一手段。

给黑洞拍照,能拍到什么?

  其实就是拍摄黑洞的“暗影”。广义相对论预言,我们将会看到一个近似圆形的暗影被一圈光子圆环包围。

  如果黑洞后面有一个类似于吸积盘的平面光源,平面光源发出的光子会受到黑洞的强引力场影响。天空平面(与视线方向垂直的面)会被一个名为黑洞“视边界”的圆环一分为二。

  从视觉上,在视边界内侧的亮度明显更弱,相比之下,看起来就像一个圆形的阴影,外面包围着一个明亮的光环。故得名黑洞的“暗影”。

为什么要给黑洞拍照?

   主要有3个目标:

1.验证广义相对论

广义相对论预言了黑洞“暗影”的存在、尺寸和形状。如果观测结果与预言相符,就验证了广义相对论。如果不一样,说明有一些新的方面需要改进。

2.理解黑洞是如何“吃东西”的

黑洞的“暗影”区域非常靠近黑洞吞噬物质形成的吸积盘的极内部区域,综合之前观测获得的吸积盘更外侧的信息,能更好地重构黑洞“吃东西”的物理过程。

3.理解喷流的产生和方向

某些朝向黑洞下落的物质在被吞噬之前,会由于磁场的作用,沿着黑洞的转动方向被喷出去。以前收集的信息多是更大尺度上的,却没法知道在靠近喷流产生的源头处发生了什么,现在对黑洞暗影的拍摄,就能助科学家一臂之力。

■盘点

  有关黑洞的那些发现

   ●人类关注黑洞的历史可以追溯到18世纪末。在万有引力定律提出约百年后,英国科学家约翰·米歇尔在1783年首次提出,可能存在引力强大到连光线也无法逃离的“暗星”。不过,那时天文学家对此讨论不多。

  ●1915年,爱因斯坦提出真正“预见”黑洞的广义相对论。但其实,就连爱因斯坦也曾经不相信黑洞真实存在。不过,科学界确实利用广义相对论计算得出,在宇宙中存在这样的天体。

  ●20世纪60年代,美国天体物理学家约翰·惠勒首次将“黑洞”作为一个科学术语提出,这个词象征着它的黑暗和神秘。

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