张家港科技馆:关于黑洞的科普知识

2019-09-27

在《星际穿越》等科幻电影中,我们曾一次次“真切”地领略黑洞的瑰丽,黑洞是真实存在的还是只是导演们“一厢情愿”的想象,黑洞到底是什么呢?

黑洞是一种并不算稀少的天体,它吸收一切东西,而且是有去无回,就算是一颗恒星接近黑洞,也会被黑洞的引力给撕碎,吸收进去。黑洞这个名词的意义早就从天文学领域扩展到了我们的日常生活中了,我们习惯说某个东西,或者某个机构,甚至说某个人就是一个黑洞,意思就是从天文学的黑洞演化而来的。实际上,黑洞,Black Hole,这个名词出现的时间并不算太久,它是在1967年由美国著名的物理学家约翰·惠勒提出来的,但是实际上人类认识到黑洞这种天体有可能存在,起码是在理论上有存在的可能,已经有两个多世纪的时间了。

约100年前,以爱因斯坦为代表的伟大科学家预言,大质量恒星在燃料耗尽、生命终结之后会向内部中心区域崩塌、集聚,最终形成黑洞。早期,黑洞只存在于牛顿万有引力定律和爱因斯坦广义相对论的公式和方程中,因为太过“超出人类理解”,就连最早预言的人都怀疑黑洞的真实存在。直至2015年,人类首次探测到两个黑洞合并所产生的引力波,才强有力地证明了黑洞的存在,但那仍只是间接证明。北京时间2019年4月10日,一个“超巨型”质量黑洞在上海等全球多地向人类首次示现真容。200多位科研人员通过将地球上不同地点的8个射电望远镜组合成观测阵列,终于拍下了黑洞的“盛世侧颜”,定格了黑洞的真实存在。

这次的直接成像除了帮助我们直接确认了黑洞的存在,同时也通过模拟观测数据对爱因斯坦的广义相对论做出了验证。在视界面望远镜的工作过程和后来的数据分析过程中,科学家们发现,所观测到的黑洞阴影和相对论所预言的几乎完全一致,令人不禁再次感叹爱因斯坦的伟大。一个重要意义在于,科学家们可以通过黑洞阴影的尺寸限制中心黑洞的质量了。这次就对M87中心的黑洞质量做出了一个独立的测量。在此之前,精确测量黑洞质量的手段非常复杂。受限于观测分辨率和灵敏度等因素,目前的黑洞细节分析还不完善。未来随着更多望远镜加入,我们期望看到黑洞周围更多更丰富的细节,从而更深入地了解黑洞周围的气体运动、区分喷流的产生和集束机制,完善我们对于星系演化的认知与理解。

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