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引力波很厉害?明年人类将首次直接“看见”黑洞

小说:老虎机存100送300作者:丁华成更新时间:2018-08-22字数:98963

引力波很厉害?明年人类将首次直接“看见”黑洞


据《福布斯》北京时间12月28日报道,黑洞是宇宙中最令人不可思议的天体类型之一。它在一个很小的体积内聚集有很大质量,换句话说,它的密度出奇地高,单个物质微粒都不能保持正常形态,而是会坍塌为一个奇点。围绕奇点的是一个被称作事件视界的球状区域,即使它以光速——宇宙内最高的速度——运动,内部的任何物质都无法逃逸。

▲电影《星际穿越》中的黑洞显示出事件视界

分布在世界各地的事件视界望远镜成员

尽管人类知道有3种方法可以形成黑洞,发现存在数以千计黑洞的证据,但从未直接观察到过黑洞,以及黑洞的事件视界,甚至没有能证实事件视界的存在。不过,随着明年“事件视界望远镜”首批成果的公布,这一切将得到改变,天文学上最大的难题之一将得到解决。

活跃黑洞示意图

黑洞并非是个“新概念”,数个世纪前,科学家就意识到,如果在一定体积内累积更多质量的物质(也就是说密度越来越大),其他物体要摆脱它产生的引力的束缚,就需要更快的速度。由于光速是物体运动的最高速度,因此,存在这样一个临界值,任何物质都将被困在物体内部。内部的物质将发生引力坍缩,任何微粒都将向中心奇点移动,无法逃逸出来。因此,奇点是必然存在的,被事件视界所包围。任何进入事件视界内的物质都被困在内部,在事件视界内部,所有路径都通向中心奇点。

事件视界渲染图

随着时间推移,黑洞能继续吞噬更多物质,其质量和大小将以相同的比例增长。这意味着,随着黑洞质量增加,事件视界也会越来越大。由于没有物质可以逃逸出来,事件视界在太空中看起来就像是一个黑“洞”,它后面任何物体发出的光线都发射不出来。另外,根据广义相对论的预测,这里还存在光线的引力弯曲现象。

Sagittarius A*黑洞位于银河系中心,距离地球仅2.7万光年,而质量相当于太阳的400万倍,这使得它成为从地球上看最大的黑洞。有些黑洞尽管质量更大,但由于距离地球过于遥远,因此看起来反而没有那么大。

参与事件视界望远镜项目的望远镜

如果拥有与地球大小相当的望远镜,光线在地球与黑洞之间可以畅通无阻,我们就可以看到黑洞,一点问题也没有。部分波长的电磁波不会受到宇宙物质的影响,如果通过像无线电波这样波长较长的电磁波观察,我们就可能看到事件视界本身。虽然我们没有大小与地球相当的望远镜,但全球各地都有望远镜,而且我们掌握了把它们的数据综合起来,“拼接”成一幅图像的技术。事件视界望远镜集当前最优秀的技术于一体,将能使我们首次“看到”黑洞。

事件视界望远镜不是一台望远镜,而是由分布在全球的15至20台望远镜组成的一个阵列,它们同时观察同一个目标。这些望远镜间的最大距离为12000公里,它们可以看清大小为15微阿秒(一种天文单位)的物体:相当于在地球上能看到月球上的一只苍蝇。鉴于Sagittarius A*黑洞的距离和质量,预计它在望远镜“眼中”的大小应当为37微阿秒。通过使用无线电波观察,我们应当能看到大量被黑洞加速的带电粒子,而且应当存在一个“空白”区域——事件视界所在的位置。如果能恰当地组合这些数据,我们应当能首次描绘出黑洞的图像。

事件视界望远镜去年为Sagittarius A*“拍摄了第一张照片”,科学家已经把数据综合在一起,并对它们进行分析。如果一切顺利,2018年我们将获得黑洞的首张“照片”。科学家将试图回答下述问题:黑洞的大小与广义相对论的预测是否一致;事件视界是否像预测的那样是圆形,还是扁圆或扁长形等。

无论有什么样的发现,首次获得黑洞“照片”都是一项惊人的突破。对于黑洞的认识,我们将不再局限于模拟或艺术家的想象,而是可以使用基于数据的首张黑洞照片。如果获得成功,这将为进一步研究铺平道路:如果把望远镜部署到太空中,研究范围可以由一个黑洞扩大到数以百计的黑洞。

如果说2016年是引力波年,2017年是中子星合并年,那么,明年将是事件视界年。

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发布时间:2018-08-22 06:44:58

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