黑洞被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，竟是因為它“太亮”！

來源：揚子晚報網(wǎng) 發(fā)布時間：2019-04-10瀏覽：2910次

黑洞被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，竟是因為它“太亮”！

　　揚子晚報網(wǎng)4月9日訊（記者 楊甜子）4月10日晚上，我們即將見到黑洞的第一張照片。這無疑是歷史性的一刻，因為我們曾經(jīng)在各種教科書或者科普讀物上見到的黑洞，都是來自科學(xué)家和藝 術(shù)工作者的設(shè)計和想象。黑洞到底有多“黑”？這張照片到底是怎么拍出來的？紫金山天文臺研究員劉四明應(yīng)邀為讀者做了解讀。

　　疑問一：都叫“黑洞”了，科學(xué)家怎么知道它在哪里呀？

　　答案：黑洞不黑，反而“太亮”所以被發(fā)現(xiàn)

　　關(guān)于黑洞的提問，肯定望文生義從名字開始。很多人不禁暢想，黑洞一定很“黑”，科學(xué)家是怎么知道它的方位的呢？
其實，黑洞不黑，劉四明研究員告訴記者，黑洞被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，是因為它實在太亮了。“黑洞”的概念，最早是在1916年由德國天文學(xué)家卡爾?史瓦西通過計算 得出的，他發(fā)現(xiàn)，如果將大量物質(zhì)集中于空間一點，其周圍會產(chǎn)生奇異的現(xiàn)象，即在這個空間點周圍存在一個界面——“視界”一旦進(jìn)入這個界面，即使光也無法逃 脫。這種“不可思議的天體”被美國物理學(xué)家約翰?阿奇博爾德?惠勒命名為“黑洞”。

　　黑洞的亮光，并不是自己發(fā)出的，這些光亮來自被黑洞的引力所吸引的熱氣體。黑洞有著非常強的引力，它能夠?qū)⒅車臍怏w撕扯到它自己身邊，產(chǎn)生一 個圍繞黑洞旋轉(zhuǎn)的氣體盤，名叫吸積盤。 當(dāng)吸積氣體過多，一部分氣體在掉入黑洞視界面之前，在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下會沿著吸積盤轉(zhuǎn)動軸方向被拋射出去，形成噴流。 吸積盤和噴流兩種現(xiàn)象都因氣體摩擦而產(chǎn)生了明亮的光與大量輻射，這就是我們在各種黑洞的模擬圖片中見到的一圈圈的光亮。黑洞到底在哪里，這個問題自然迎刃 而解了。

　　疑問二：太空中到底有幾個黑洞？

　　答案：幾乎所有的星系都有一個非常大的黑洞

　　太空中的黑洞遠(yuǎn)不止一個。劉四明研究員介紹，幾乎所有的星系都有一個非常大的黑洞。黑洞到底有多大呢？“小號”的黑洞質(zhì)量大約是太陽的幾百萬倍，而“大個頭”的黑洞，質(zhì)量能達(dá)到太陽的幾十億倍。

　　選個“大塊頭”來拍照片，成像效果應(yīng)該會更好一些吧？這個猜想在天文學(xué)上是個誤區(qū)?？茖W(xué)家選定“模特”的標(biāo)準(zhǔn)，不是看天體質(zhì)量的大小，而是根據(jù) 天體在天空中的張角來決定。劉四明以本次被“拍照”的兩個黑洞為例，其中一個黑洞在銀河系的中心，約為400萬個太陽質(zhì)量。另一個黑洞則在一個射電星系， 約為40億個太陽質(zhì)量?！吧潆娦窍道锏暮诙催h(yuǎn)比銀河系的要大，我們從地球上看過去，觀測的距離也更遠(yuǎn)，但是在成像時，兩個黑洞的大小是差不多的?！睘榱朔? 便讀者理解，劉四明以大家常見的太陽和月亮舉例，從地球上看過去，太陽和月亮差不多大，但實際上太陽遠(yuǎn)比月亮要大得多，這就和太陽與月亮到達(dá)地球的不同距 離有關(guān)。

　　疑問三：科學(xué)家們?yōu)槭裁催@么執(zhí)著給黑洞拍照片？

　　答案：沒有什么比照片更適合證明黑洞的存在

　　根據(jù)媒體公開的信息，科學(xué)家們給黑洞拍照的過程長達(dá)兩年之久，為什么科學(xué)家們要這么執(zhí)著給黑洞拍照呢？劉四明解釋，科學(xué)界給黑洞拍照的念頭，至 少存在了30年了。愛因斯坦在相對論中就曾經(jīng)預(yù)言過黑洞的存在，盡管科學(xué)界已經(jīng)普遍達(dá)成共識，但對于公眾來說，還是有著質(zhì)疑的聲音。怎樣更好的證明黑洞的 確曾在？拍張照“有圖有真相”肯定最有說服力。
然而，這張照片的拍攝難度可不是一般的大。黑洞離我們實在太遠(yuǎn)了，哪怕是“夠檔次”的天文望遠(yuǎn)鏡，分辨率依然不夠?？茖W(xué)家們估計，至少得地球那么大的天文望遠(yuǎn)鏡，才能達(dá)到給黑洞拍照的條件。
現(xiàn)有的單個望遠(yuǎn)鏡肯定是不夠了，咋辦？這一次給黑洞拍照，科學(xué)家們就想出了“化整為零”的方法，麻省理工學(xué)院的科學(xué)家們聯(lián)合了其它研究機構(gòu)的科研人員，開 展了“事件視界望遠(yuǎn)鏡”項目，在全球多地布下了8個亞毫米射電望遠(yuǎn)鏡，同時對黑洞展開觀測。今天晚上大家看到的黑洞“真容”，就是望遠(yuǎn)鏡“8兄弟”齊心協(xié) 力的結(jié)果。

　　疑問四：黑洞真的“長這樣”？

　　答案：這張照片的“精細(xì)程度”未來還能升級

　　黑洞到底“長啥樣”？這么多年來，科學(xué)家們有過不同的觀點，噴泉、甜甜圈甚至是一塊石頭的模樣，都曾經(jīng)被人“提名”作黑洞的外形。在科學(xué)上，黑洞的本質(zhì)其實只是一個“奇點”——體積很小，卻擁有著超大的質(zhì)量。
大家將要見到的照片，將會是黑洞“人生”中的第一張照片，和大家想象的按個快門，咔嚓一下的成像并不一樣，這張照片“洗照片”的過程比“拍照片”還要艱 難。劉四明介紹，此次的“拍攝”是科學(xué)家們的一次實景“描繪”，來自8個觀測點的天文望遠(yuǎn)鏡將觀測到的電磁波集中“反饋”，利用對這些電磁波信號的分析， 科學(xué)家們可以獲得和黑洞附近高溫物質(zhì)分布有關(guān)的一些物理量，再結(jié)合多年來不斷完善的黑洞理論模型，通過模擬觀測過程，模擬量可以和觀測量比對，得到黑洞成 像。
但劉四明認(rèn)為，由于這些數(shù)據(jù)來自8個觀測點，因此照片在“精細(xì)程度”上是需要打個問號的。未來，伴隨著科學(xué)技術(shù)的更加成熟，我們或許能夠為黑洞拍出“清晰 度”更高的照片。劉四明表示，逐步解鎖對黑洞的認(rèn)知，將有助于我們理解星系的形成和演化，銀河也許不再那么神秘陌生了。

　　腦洞時間：掉進(jìn)黑洞是怎樣一種體驗？

　　關(guān)于黑洞的腦洞一直都沒有停止過。知乎網(wǎng)友開帖討論“如果真的掉進(jìn)黑洞，過程和看到的景象是《星際穿越》中所演的這樣嗎？”但真實的結(jié)果很骨 感，掉進(jìn)黑洞，你想象的“穿越時空之旅”也許并不存在。紫金山天文臺劉四明研究員表示，這種假象在理論上有一定的可能性，但在天文觀測上還沒有發(fā)現(xiàn)足夠的 證據(jù)。因此，《星際穿越》的腦洞，咱們還可以繼續(xù)開下去。