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    黑洞图像多是模拟,这将是望远镜捕捉到的

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      普朗克

      【博科园-科学科普-留言评论有惊喜哦~( ^_^)】黑洞是现代广义相对论中,宇宙空间内存在的一种天体。黑洞的引力很大,使得视界内的逃逸速度大于光速。致密、深邃和强大的黑洞不可思议地揭示了物理学的极限,没有什么能从黑洞中逃脱,甚至是光也逃不掉。

      黑洞图像多是模拟,这将是望远镜捕捉到的

      图片版权:NASA/ESA/STScI

      尽管黑洞能像科学中的其他概念一样激发想象力,但事实上没有一个天文学家真正看到。但是人类已经“听到”了黑洞的存在:科学家们记录了黑洞的引力波(在时空平面上扩散的涟漪)由数十亿年前与另一个黑洞相撞产生。但是你看到的任何一张黑压压的扭曲时空的图片都只是一张模拟图片,如下图:

      黑洞图像多是模拟,这将是望远镜捕捉到的

      图片版权:NASA/Goddard

      这将很快就会改变,一个叫做“视界望远镜”的全球项目目前正大胆地致力于将黑洞图像拼接起来。如果成功的话,那将是一项了不起的成就。实际上黑洞是巨大的,并且很难靠近。

      TOP1、为什么没有天文学家能通过望远镜看到黑洞?

      黑洞是大质量恒星坍塌时所产生的一个重力十分强烈的天体(或中子星的合并等)强大到甚至连光都无法逃脱。天文学家还推测在宇宙大爆炸后早期的混沌宇宙中可能形成了一些黑洞。试图观测黑洞最大的问题是:即使是超大质量黑洞(质量比太阳重几百万倍)也相对较小。

      天空中最大的黑洞在银河系中心,亚利桑那大学天体物理学家Dimitrios Psaltis解释道:拍一张它的照片就相当于在月球表面拍一张DVD。更重要的是,由于黑洞有着强大的引力,往往被其他明亮物质所包围,因此很难看到物体本身。这就是为什么在寻找黑洞时,天文学家通常不会尝试直接观察。

      相反寻找黑洞的引力和辐射的影响迹象可能是有效的。我们通常测量在天空中围绕着非常暗的“点”旋转的恒星和气体的轨道,并且测量黑点内的质量。如果我们不知道其他的天体物理对象,可以像测量的那样大和深的场景,也就认为这是证明黑洞的存在非常有力的证据。

      TOP2、目前确实有黑洞的间接图像

      一些关于黑洞最好的间接图像来自钱德拉x射线天文台。美国宇航局天体物理学家、与钱德拉合作专家彼得·埃德蒙兹说:黑洞产生的摩擦力和高速度自然会产生x射线,钱德拉是一架专门用来观测x射线的太空望远镜。例如钱德拉天文台记录了来自2600万光年之外的两个星系合并产生的x射线“波”,这些“波”可能来自一个巨大的黑洞:

      黑洞图像多是模拟,这将是望远镜捕捉到的

      图片版权:NASA/CXC/Univ of Texas/E.Schlegel et al; Optical: NASA/STScI

      同样的,这张图片上的紫红色斑点是x射线强烈辐射的区域,被认为是两个星系(蓝色和粉红色的环)碰撞时形成的黑洞。

      黑洞图像多是模拟,这将是望远镜捕捉到的

      图片版权:NASA/CXC/MIT/S.Rappaport et al, Optical: NASA/STScI

      这是来自于英仙座星系团中心区域的x射线和声波——更间接地证明了黑洞的存在:

      黑洞图像多是模拟,这将是望远镜捕捉到的

      图片版权:NASA/CXC/IoA/A.Fabian et al

      在这张图中钱德拉望远镜看到了被怀疑位于银河系中心的黑洞的最大x射线源。

      黑洞图像多是模拟,这将是望远镜捕捉到的

      图片版权:NASA/CXC/Amherst College/D.Haggard et al

      这是放大的x射线耀斑的图像。

      黑洞图像多是模拟,这将是望远镜捕捉到的

      TOP3、可以看到黑洞向宇宙喷射出大量物质

      这张合成图像(结合了哈勃和一个射电望远镜的数据)显示了从大力神星系中心抛出的能量和物质。这些射流以接近光速的速度射出,显示出黑洞可怕的破坏力。

      黑洞图像多是模拟,这将是望远镜捕捉到的

      图片版权:NASA/Hubble

      下一幅图片显示的是距离地球1300万光年的人马座A中心的黑洞喷出的相对论物质和气体,延伸比星系本身还长。

      黑洞图像多是模拟,这将是望远镜捕捉到的

      图片版权:ESO/WFI (visible); MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al. (microwave); NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al

      TOP4、观测到恒星轨道上明显被黑洞扰动

      我们看不见黑洞,但是可以观察到黑洞的极端重力对周围物体的影响。下面是一个非常酷的例子:

      黑洞图像多是模拟,这将是望远镜捕捉到的

      图片版权:Keck/UCLA Galactic Center Group

      你看到的是来在银河系中心超大质量黑洞附近的20年的恒星数据,被称为人马座a,这颗恒星的质量比太阳质量要大很多倍。S2星(在视频中有黄色的线)的质量大约是太阳质量的15倍,与黑洞相比,黑洞的质量要比太阳大400万倍,所产生的引力使S2的轨道达到每小时1100万英里左右,大约是地球绕太阳运行速度的200倍(S2在大约16个地球年绕完一个轨道)。

      目前还没有直接观测到这个黑洞,但是科学家们认为它存在,因为没有别的东西可以解释这些恒星的轨道。这些轨道,以及开普勒定律的简单应用,为这个超大质量(质量是太阳质量的4百万倍)黑洞的存在提供了最好的证据。

      黑洞图像多是模拟,这将是望远镜捕捉到的

      TOP5、我们还看不到黑洞,但可以“听到”它们碰撞

      当两个黑洞相撞时会释放出巨大的引力,就像声波干扰空气发出声音一样,引力波扰乱了时空的结构,把物质推到一起。如果一个巨大的引力波通过你,你会看到你的一只胳膊长得比另一只长,就好像它存在于一个恐布欢乐屋的镜子里一样;如果你每个手腕上都戴着手表,会看到它们在同步发出嘀嗒声。但在14亿年后到达地球的时候,那些波已经变得非常微弱(就像石头掉进池塘后远处泛起的小小涟漪)。

      在过去的几年里,科学家们已经能够倾听LIGO和处女座的微小波动。在时空中探测到这些微小的波动是一个巨大的全球实验。因为波利戈探测的频率与我们所能听到的频率范围相当,科学家们可以把音量放大,并把它们转化成声音(这不是它真实声音的样子,而是数据的音频表示,这一活动在真空中不会产生噪音)。

      TOP6、很快我们就会看到一个真正的黑洞

      因为银河系中心的黑洞是如此之小,并被很多多的遮挡物包围着,所以要用一个巨大的望远镜才能看到它。根据《自然》期刊论文描述:要用比哈勃望远镜的分辨率高1000倍的望远镜才能观察到它。国际上称之为为“视界望远镜”正在试图解决这个问题。传统的光学望远镜使用越来越大的镜片来观察宇宙中更小和更远处的物体。事件视界望远镜正在做类似的事情——创造一个大小相当于整个地球的虚拟望远镜。

      2017年4月“视界”团队将无线电望远镜连接到世界各地的多个地点——远至夏威夷和南极,并在几天内使用这些设备观察人马座A。该活动是全球14个研究机构的国际合作的结果。正如麻省理工学院解释的那样:这八架望远镜可以“数出8000英里外的棒球上的缝线”。该阵列产生了如此大量的数据。将每台望远镜的数据传输到一个集中的位置比在互联网上传输数据更有效。

      现在,科学家们正在把所有的数据整理在一起,希望最终的图像能显示出黑洞的边界。黑洞的边界可能会被一个吸积盘包围,一个明亮的充满能量的环状物围绕着黑洞旋转,它看起来可能是这个样子:

      黑洞图像多是模拟,这将是望远镜捕捉到的

      图片版权:Hotaka Shiokawa / Event Horizon Telescope

      • 知识:科学无国界,博科园-科学科普

      • 参考:The Conversation, Physical Review Letters

      • 作者:Brian Resnick

      • 内容:“博科园”判定符合今主流科学

      • 来自:Vox Media

      • 编译:公子世无双

      • 审校:博科园

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