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给黑洞拍照:黑洞暗影究竟什么样?

2017-05-22 12:42:17 科技有意思 评论(我要点评)
给黑洞拍照:黑洞暗影究竟什么样?

  出品:科学大院

  作者:左文文(中国科学院上海天文台)

  监制:中国科学院计算机网络信息中心中国科普博览

给黑洞拍照:黑洞暗影究竟什么样?

2016年2月,科学家首次探测到引力波,来自双黑洞合并(模拟图)

  提到黑洞和引力波,相信很多人已经不陌生了,在去年年底《自然》杂志发布的2017年全球热点科学领域的预测中,“进一步探测黑洞和引力波”便是热点之一。

  这并不奇怪,毕竟黑洞到底是什么,一直备受关注。

  尽管科学家们已经对黑洞有所了解,知道黑洞并不黑,研究它们在不同电磁波窗口、引力波窗口下的样子,甚至对黑洞进行了巡天观测,对黑洞样本进行统计分析,且试图理解黑洞是如何诞生、如何成长的。但是,这其中依旧有很多未解之谜,例如,黑洞的视界面周围看起来是什么样子;是否与广义相对论的预测相符合;黑洞的喷流是如何产生的,等等。

  今年4月,科学家们针对黑洞开展了一项了不起的工作——对黑洞视界区域的直接观测。

  黑洞的视界是什么?这项工作还有什么目标?这项工作是如何开展的?我们期待着能看到什么呢?带着这些问题,我们一起一探究竟。

  黑洞是什么?

  我们之所以能看见物体,是因为有光子进入我们的眼睛,那么黑洞(Black Hole)呢?

  我们知道,黑洞说的就是某个时空区域,由于引力非常强,以至于速度最快的光子都没有办法逃离。连光子都没有办法逃离,也就是没办法被我们看见,所以被称为黑洞。

  或者你可以想像一条瀑布,水从上至下,一旦物体接近瀑布的高处边缘,想要逃离边缘就很难,命运只可能是顺着水流从高处落下。

  早在1783年4月,John Michell就发表过文章,他的简要计算表明,如果一个天体密度和太阳差不多,而直径是太阳的500倍,它所对应的逃逸的速度就会比光速还要大,也就是说光也没办法逃离它,无法被人观测到,当时称这类天体为暗星(dark star)。

  1915年,爱因斯坦发表他的广义相对论,阐明物质质量决定时空如何弯曲,而时空弯曲决定了物质将如何运动。

  几个月之后,卡尔·史瓦西给出了第一个精确解+史瓦西解,他描述了不带电的物质球对称塌缩的过程。而之后的其他科学家们也纷纷提出了具有更复杂性质的黑洞解。

  和虫洞一样,黑洞也是被爱因斯坦所提出的方程的一种解的形式所预言存在的。而和虫洞不同的是,黑洞是目前已经被天文学家间接和直接证明存在的一类天体。

  黑洞有什么特点?

  任何质量的物体,都对应有一个临界半径,物体如果被压缩成球体,其半径小于这个临界半径后就会发生重力坍缩。

  这也就意味着,其实你也可以被压成黑洞,前提是有办法把你压缩到很小很小,小到几乎看不见。

  如果让地球变成一个黑洞,就要把地球缩小到10亿倍,压到18毫米,相当于1分钱的直径那么大。

  如果让太阳变成一个黑洞,要把太阳缩小到10万倍,压到6千米那么大,密度高达每立方厘米200亿吨。

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