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既然黑洞连光都被锁住无法逃逸,照片又是怎么拍到的呢
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黑洞连光都逃不掉是指黑洞里面,而人类拍摄到的黑洞照片是黑洞外面,就是这么简单。
虽然简单,但要说起黑洞里面和外面就不那么简单了。
黑洞是巨大引力导致的一种天体,所有的质量都集中在黑洞中心一个无限小的奇点上,这个奇点就是爱因斯坦广义相对论引力场论导致的一个必然结果。
爱因斯坦相对论严密论证了,质量导致了时空扭曲,质量越大的物体导致的时空扭曲越大,而质量越大或同等质量的物体,体积越小对时空曲率的扭曲效应就越大。
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黑洞中心那个奇点无限小,对周边时空就会导致无限曲率,任何进入这个无限曲率范围的物体都被无情的吞噬,连光也不例外。
所有时空曲率的表现就是万有引力,无限曲率就是无限引力。
因此在黑洞无限引力场控制范围内,光也无法逃逸。光子是世界上运动最快的粒子,每秒钟约30万公里,如果连光都无法逃逸,说明在黑洞无限引力范围内,一切都无法逃逸。
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这个引力范围就是黑洞,既然连光都被锁住,就是黑呼呼的一个洞,什么也看不到。这就是黑洞里面。
这个里面有多大呢?在1916年一位叫卡尔史瓦西的科学家给出了一个解,这个解就是爱因斯坦引力场的一个精确解,人们把它命名为史瓦西半径。
这个解认为任何物体质量都有一个史瓦西半径,只要所有质量压缩到自己的史瓦西半径以内,就会无法遏制的向中心体积无限小的奇点坠落,而在奇点周边形成一个无限曲率的引力场范围,这个范围就是史瓦西半径。
史瓦西半径的计算公式为:R=2GM/c^2
其中R为天体的史瓦西半径,G为万有引力常数(G=6.67×10Nm/kg),M为天体的质量,c为光速。
根据这个公式,太阳的史瓦西半径约3000米,也就是说太阳全部质量如果压缩到3000米半径的一个球里,就会变成一个黑洞,这个黑洞的中心就是一个无限小的奇点,而其无限引力的半径就是3000米范围,在这个3000米范围的球里,连光也无法逃逸。
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这个史瓦西半径就是黑洞的“里面”,这个里面我们是看不到的。但出了这史瓦西半径范围,黑洞的引力虽然还很大,但已经不是无限的了。
这样,物质就在这个边缘地带以光和各种射线的形式迸发着,这个边缘地带就叫黑洞的事件视界。
由于黑洞巨大的引力和角动量,会把接近黑洞视界的一切物质撕碎并高速旋转,速度可以达到光速一半甚至接近光速,就在黑洞边缘形成一个巨大的吸积盘,这个吸积盘围绕着史瓦西半径高速旋转,物质边旋转边被黑洞吞噬。
也有些物质想要挣脱,剧烈的碰撞产生高能量爆发,不断地向太空发射出高能射线和明亮的可见光,人类拍摄的黑洞照片就是拍摄到事件视界边缘的状态。
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通过研究可见可测的黑洞事件视界边缘状态,研究黑洞对周边天体的影响,科学家们就可以计算出这个黑洞的质量和史瓦西半径大小。
特别说明的是,人类第一张黑洞照片是通过全球联网的巨大射电望远镜拍摄到的,口径相当于一个地球。这个黑洞叫室女座A星系中心黑洞,又叫M87星系中心黑洞,M87星系是一个巨大的椭圆星系,中心黑洞的质量约为太阳的65亿倍。
由于这个黑洞距离我们5500万光年,因此我们看到的这个黑洞形象是5500万光年前的样子,现在这个黑洞怎样了,要到5500万年后我们才能知道。
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