你所不知道的八大黑洞秘密
那些年我们一起寻找过的黑洞痕迹
“黑洞”听起来有如科幻电影般神秘，但一些重大证据却证实了它们的存在。
在天文学所有遥远的概念里，黑洞是最具神秘感的。这是一个物质被强大引力紧密包裹着的宇宙空间，任何细微的东西都无法逃脱甚至光本身，毫无疑问这些黑暗的庞然大物也呈现出了相当可怕的前景。随着所有常规的物理规则在黑洞内部被打破，人们很容易认为黑洞只是科幻小说里的东西。然而大量直接和间接的证据表明，它们确实存在于宇宙中。
爱因斯坦的“鲁棒预测”
阿尔伯特 · 爱因斯坦
黑洞的发现是爱因斯坦的广义相对论的必然结果。
（图片来源:贝特曼 /贡献者）
作为一种理论可能性，卡尔·史瓦西在1916年预测了黑洞，他发现黑洞是爱因斯坦广义相对论的必然结果。换句话说，如果爱因斯坦的理论是正确的（所有的证据也表面它是），那黑洞就一定存在。
随后，罗杰·彭罗斯和斯蒂芬·霍金为他们的理论奠定了更坚实的基础。剑桥大学表示，任何坍陷成黑洞的物体都会形成一个奇点，在这个奇点上，传统的物理定律就失效了。这已被广泛接受，彭罗斯被授予2020年诺贝尔物理学奖的一部分，因为他发现黑洞的形成是广义相对论的稳健预测。
伽马射线爆发
地球上的探测设备探测到伽马射线的爆发是由黑洞的诞生引起的。
（图片来源：NASA/Swift/Cruz deWilde）
据美国宇航局的消息，印度天体物理学家 苏布拉马尼亚·钱德拉塞卡在 1930 年代研究了当一颗恒星用完所有核燃料后会发生什么。通过研究发现，最终的结果取决于恒星的质量。根据美国宇航局的说法，如果那颗恒星的质量足够大（比如有 20 个太阳质量那么大），那么这颗恒星的致密地核（它本身可能是太阳质量的三倍或更多倍）会一直坍缩成一个黑洞。最后这颗恒星的地核坍塌将发生得非常迅速，以至于在几秒钟之内，并且它会以伽马射线爆发的形式释放出巨大的能量。这种爆发向太空辐射的能量总量与普通恒星在其整个生命周期中散发的能量一样多。地球上的望远镜已经探测到了许多这样的爆发，其中一些来自数十亿光年外的星系；所以实际上我们能观测到黑洞正在诞生。
引力波，中子星
艺术家对引力波的印象。相互环绕的黑洞会在时空中产生涟漪，并以引力波的形式向外传播。
（图片来源：R。Hurt/Caltech-JPL）
黑洞并不总是孤立地存在着——它们时而成对出现，时而相互环绕。在这样的过程中，它们之间的引力相互作用会在时空中产生涟漪，并以引力波的形式向外传播——这是爱因斯坦相对论的另一个预测。跟据《生活科学》姊妹网站 Space。com的 报道，借助激光干涉仪引力波天文台和处女座等天文台，我们现在有能力探测到这些波。第一个发现涉及两个黑洞的合并，早在 2016 年就宣布了，此后又有更多发现。随着探测器灵敏度的提高，除了黑洞合并之外的其他产生波的事件正在被发现——例如黑洞和中子星之间的碰撞，它发生在我们银河系之外，距离我们 6。5 亿到 15 亿光的地方——据报道，距地球数年。
隐伴星
这幅艺术家的作品展示了HR 6819三星系统中天体的轨道，该系统由一对双星组成，其中一颗恒星（蓝色轨道）围绕一个黑洞（红色轨道）运行，以及另一颗轨道更宽的恒星（蓝色轨道）。
（图片来源:L。Calçada/ESO）
这幅艺术家的作品展示了HR 6819三星系统中天体的轨道。
产生伽马射线暴和引力波的短暂高能事件可能在可观测宇宙的一半范围内可见，但在其生命周期的大部分时间里，黑洞由于其本身的性质几乎无法被检测到。因为它们不发出任何光或其他辐射，这意味着它们可能潜伏在我们的宇宙附近而天文学家却没有注意到。不过，有一种确定无疑的方法可以探测到黑暗巨兽，那就是通过它们对其他恒星的引力作用。2020年，天文学家在观测这个看起来很普通的双星系统（即绕轨道运行的恒星对）时注意到，这两颗可见恒星的运动中有一些奇怪的现象，这些现象只有在如果该双星系统里存在第三个完全看不见的天体时才能解释。当他们计算出那颗看不见的天体的质量时发现它至少是太阳质量的四倍，研究人员知道只剩下一种可能了。据《生活科学》报道，这肯定是一个黑洞———这是迄今为止发现的离地球最近的黑洞，且距离我们的星系仅有1000光年。
X 射线视觉
黑洞天鹅 X-1 正在从一颗巨大的蓝色伴星中吸取物质。这些“东西”在黑洞周围形成了一个吸积盘。
（图片来源：NASA/CXC）
黑洞天鹅 X-1 正在从一颗巨大的蓝色伴星中吸取物质。
黑洞的第一个观测证据出现在 1971 年，这也来自我们银河系内的双星系统。该系统被称为 天鹅 X-1，产生了一些宇宙中最亮的 X 射线。根据美国宇航局的说法，它们不是来自黑洞本身，也不是来自它可见的伴星（十分巨大，质量是太阳质量的 33 倍）。相反，这些物质不断地从巨星中剥离出来并被拖入黑洞周围的吸积盘中，美国宇航局认为，正是从这个吸积盘中发射出了 X 射线。正如他们对 HR 6819 所做的那样，天文学家可以使用观测到的恒星运动来估计天鹅 X-1 中看不见的物体的质量。据《生活科学》报道，最新的计算结果将这个 21 倍太阳质量的暗天体集中在一个如此小的空间中，以至于它只能是一个黑洞。
超大质量黑洞
在我们星系的中心有一个超大质量黑洞位于人马座 A 区域。它的质量约为太阳质量的 400 万倍。
（图片来源:ESA C。Carreau）
据《生活科学》报道，黑洞除了自恒星坍缩而产生以外，有证据表明，它们自宇宙历史早期就潜伏在星系的中心了，并且每一个超大质量的黑洞都是太阳质量的数百万甚至数十亿倍。在所谓的活动星系中，这些重量级星系存在的证据是惊人的。据美国国家航空航天局称，这些星系的中心黑洞被吸积盘包围，这些吸积盘会产生各种波长的强辐射。我们也有证据表明我们自己的星系在其中心也有一个黑洞。那是因为我们看到该区域的恒星以非常快的速度旋转（速度高达光速的 8％），以至于它们必须绕着一个非常小而巨大的物体运行。据目前的估计，银河系中心黑洞的质量约为400万倍的太阳质量。
拉面效应
黑洞存在的另一个证据是——拉面效应。您可能感到好奇，什么是拉面效应？拉面效应就是当你掉进黑洞时会发生的情况，这是不言自明的。你将被黑洞的极端引力拉成细细的线状，类似于拉面越拉越长越拉越细。据《生活科学》报道，幸运的是，这种情况不太可能发生在你或你认识的任何人身上，但这很可能是一颗恒星的命运，如果它太靠近一个超大质量的黑洞。2020年10月天文学家目睹了这一碎裂，或者至少他们看到了一颗倒霉的恒星被撕裂时发出的闪光。幸运的是，这种拉面效应并没有发生在地球附近而是发生在2。15亿光年之外的一个星系。
最后——黑洞的直接图像
有史以来第一张黑洞的直接图像，黄色环围绕着黑色圆圈
有史以来第一张黑洞的直接图像。（图片来源：视界望远镜合作项目）
目前为止，大量令人信服的关于黑洞的间接证据表明：没有任何其他被科学承认的已知物体能产生辐射或引力波的爆发，以及对其他物体形成动态影响。但转折发生在2019 年 4 月，最后的关键发现以活动星系梅西耶87中心超大质量黑洞的直接图像的形式出现。这张令人惊叹的照片是由事件视界望远镜拍摄的——这个名字有点误导，因为它是由散布在世界各地的大型望远镜网络组成的，不仅仅是一个单一的仪器。根据美国宇航局的观点，观测活动中参与的望远镜越多，它们的间距越大，最终的图像质量就越好。据《生活科学》报道，结果清楚地展示了这个有着65亿倍太阳质量的黑洞在其周围吸积盘橙色光芒的映衬下的阴影。
BY: Andrew May
FY: 人间散步
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选文：天文志愿文章组-
翻译：天文志愿文章组-人间散步
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排版：天文志愿文章组-零度星系
美观：天文志愿文章组-
参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3.原文来自：原文章链接https://www.space.com/how-we-know-black-holes-exist
本文由天文志愿文章组-人间散步翻译自文章作者Andrew May的作品,如有相关内容侵权,请在作品发布后联系作者删除.
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