人类历史上首张黑洞照片今晚揭晓。北京时间4月10日21时,全球六地(比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海、中国台北、日本东京和美国华盛顿)将联合召开新闻发布会,公布这一重大科学成果。
届时,记者会在上海天文台的新闻发布会现场带来速递。而读者们在搬好小板凳坐等“吃瓜”的同时,不妨先快速预习一下与这项黑洞研究有关的背景资料。
电影星际穿越当中的黑洞,周围的亮环是由气体构成的吸积盘(图片来源:电影《星际穿越》)
问:什么是黑洞?
答:根据爱因斯坦引力场方程的计算,如果大量物质集中于空间一点,奇点周围会形成时空扭曲的“视界”,一旦进入这个界面,连光子也无法逃逸。
这个预测在年被提出来,不过,直到年,普林斯顿大学核物理学家约翰?惠勒才在一场讲座里首次使用了“黑洞”(blackhole)这个词汇,并迅速流传开来。
问:既然看不见,怎么拍黑洞的照片?
答:虽然科学家们看不到黑洞的本体,但可以一直追溯到光子消失的“视界”,这是我们能“看到”的极限。
黑洞周围的确会存在一些发光的现象,比如黑洞在吃掉周围的恒星时,会将恒星的气体撕扯到身边,形成一个旋转的吸积盘。黑洞有时候也会“打嗝”,一部分吸积气体会沿转动方向被抛射出去,形成喷流。
吸积盘和喷流都会因气体摩擦而产生明亮的光线,以及其他频段的辐射。
问:怎么寻找黑洞?
答:科学家们可以通过黑洞对周围天体的影响来间接地感受到它的存在,尤其是它巨大的引力造成的时空扭曲,就像可以通过月亮的绕行轨道和速度来间接推测地球的质量。
其次,上文提到过吸积盘和喷流会产生发光现象,伴随其他频段的辐射。
最后,黑洞与其他天体或另一个黑洞的相互作用会产生大量引力波,也是可探测的线索。
问:有确认存在的黑洞吗?
答:有。人类探测到的第一例引力波信号,就是由双黑洞并合产生的。
人类发现的第一个强有力的黑洞候选天体是年发现的天鹅座X-1,距离地球约光年。天鹅座X-1有一个正在被它吃掉的“舞伴”,但伴星的质量却比它本身更加大,引发了广泛的争议,其身份长期悬而不决,霍金都为此打过赌(并输掉了)。科学家们后来测得天鹅座X-1的质量约为14.8个太阳,视界半径公里,应该是一个“胃口”非常小的黑洞。
目前,科学家们更为
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