我知道了
“看见”黑洞

4月10日,人类有史以来捕获的首张黑洞照片公之于世。这一黑洞距离地球5500万光年,质量为太阳的65亿倍。

早在1915年,爱因斯坦发表广义相对论,最先预言了黑洞的存在。100多年来,黑洞确凿地存在于无数观测数据之中,但我们并不知道它在现实中的真实模样。直到今天,人类才第一次“亲眼目睹”黑洞真容。

 

一张来之不易的照片

要拍摄黑洞照片,所使用的望远镜必须足够灵敏,能分辨的细节足够小,从而能保证看得到和看得清。地球上已有的单个望远镜最大口径也只有500米,并不符合要求。

聪明的天文学家们想到一个好办法——搞强强联合,把地球上现有的一些望远镜“组合”起来,形成一个口径如地球大小的“虚拟”望远镜,以达到前所未有的灵敏度和分辨本领。利用多个位于不同地点的望远镜在同一时间进行联合观测,最后将数据进行相关性分析之后合并,就可以“拍”出高质量的照片。

最终,科学家们选定了来自全球多地的包括南极望远镜等8个亚毫米射电望远镜,连续进行了数天的联合观测,随后又经过2年的数据分析才让我们一睹黑洞的真容。

 

黑洞是如何被“看到”的?

黑洞给人印象最深刻的就是吞噬一切,甚至光线。如果是孤零零的黑洞,我们真的是没办法采用电磁波手段进行拍摄。

探测黑洞的方法,是找它们的“周边”——吸积盘和喷流。

当黑洞存在于一个恒星周围,会将恒星的气体撕扯到它自己身边,产生一个围绕黑洞旋转的气体盘,即吸积盘。

当吸积气体过多,一部分气体在掉入黑洞视界面之前,在磁场的作用下被沿转动方向抛射出去,又形成喷流。

吸积盘和喷流两种现象,都因气体摩擦而产生了明亮的光与大量辐射,所以很容易被地球上的科学家通过望远镜探测到。理论上,黑洞也就有迹可循了。

 

人类“寻找”黑洞的历程

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”。

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。

此后,科学界不断收获关于黑洞的研究成果。迄今,黑洞的存在已得到多数天文学界和物理学界科研人员的认同。

在人类首次获得黑洞照片之前,2015年堪称黑洞研究的一个小高峰:引力波探测项目为黑洞的存在提供了明确证据。

 

知识链接:什么是黑洞

黑洞是爱因斯坦广义相对论预言存在的一种天体。黑洞是由质量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽而“死亡”后,发生引力坍缩产生的。它具有的超强引力使得光也无法逃脱它的势力范围,该势力范围称作黑洞的半径或事件视界。

简单而言,黑洞就是一个“黑”色的、连光都逃不出来的球体。当然,其实黑洞并不“黑”,只是它完全不发射、不反射任何电磁波,仪器和肉眼都无法直接观测。