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听霍金讲述黑洞:时间简史从大爆炸到黑洞
添加时间:2019-07-16
 史上第一张黑洞照片#诞生。1988年霍金出版《时间简史》,讲述从大爆炸到黑洞的故事。霍金说,你可以把电视机、钻石戒指、你最讨厌的人扔进黑洞,但黑洞能记住的只有总质量、角动量和电荷。如果你掉进黑洞了,不要放弃,是能出去的。

首张黑洞照片揭晓,人类第一次看到黑洞的视界面!它由有效口径相当于地球直径的望远镜阵列观测到,经过2年“冲洗”完成。

  北京时间4月10日21点整,天文学家召开全球新闻发布会,宣布首次直接拍摄到黑洞的照片。这张照片来之不易,为了得到这张照片,天文学家动用了遍布全球的8个毫米/亚毫米波射电望远镜,组成了一个所谓的“事件视界望远镜”(Event Horizon Telescope,缩写EHT)。

  这颗黑洞位于代号为M87的星系当中,距离地球5300万光年之遥,质量相当于60亿颗太阳。

  大家在平时阅读科学新闻、科普书籍以及观看科幻电影的时候,也经常能看到黑洞的样子,但其实都是根据科学理论推测出来的,并非直接观测。2014年,由诺兰执导的科幻电影《星际穿越》大热,在这部影片中,光环笼罩下的超大质量黑洞——“卡冈图亚“(Gargantua)令人心生敬畏,这里的黑洞形象是使用计算机模拟出来的。在著名理论物理学家吉普·索恩的指导下,这里的模拟已经非常接近真实了,但毕竟还是模拟,这次是玩真的了。

为什么能给不发光的黑洞拍照?

  这些年,黑洞这个名词频频出现在媒体报道中,想必很多人都已经对它有些了解。恒星级质量的黑洞是由大质量恒星演化到末期核心发生引力坍缩而成。中等质量黑洞和大质量黑洞的形成的具体方式目前还没有定论:可能是由小黑洞合并形成,也可能是由黑洞通过吞噬物质逐渐形成,还可能是由大量气体物质直接坍缩形成。

  黑洞给人印象最深刻的印象就是吞噬一切,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了。

  给黑洞拍照的目的是什么?

  通过对黑洞的直接观测,科学家希望能够在更强引力场环境下检验广义相对论,直接验证事件视界的存在,研究黑洞边缘上的吸积和喷流行为,以及基础的黑洞物理等。

  我们知道,爱因斯坦的广义相对论通过了一次次的检验,从星光通过太阳的偏折角度到太空中的引力透镜,从光线挣脱白矮星的引力约束出现的红移到水星的近日点异常进动,从雷达回波延迟到脉冲双星辐射引力波出现的轨道周期变短等等。但这些检验都还没有深入到像黑洞视界边缘这样的更极端的引力环境中检验。因此,科学家利用事件视界望远镜通过对黑洞视界边缘直接观测,看看广义相对论是否仍然有效。

  当然,自从2015年人类首次直接探测到黑洞合并发出的引力波以来,已经探测到了10对黑洞和1对中子星的碰撞,这些引力波携带的信息与广义相对论符合得也很好。我们对广义相对论还是非常有信心的。

  广义相对论预测,物质落入黑洞时发出的部分光子会围绕在黑洞边缘,加上引力透镜效应,会形成一个明亮的光环,勾勒出中心黑洞的轮廓,犹如黑洞的剪影。

  黑洞轮廓的大小和形状可以从广义相对论引力场方程计算出来,这取决于黑洞的质量和角动量。我们通常说黑洞有“三根毛”,指的是质量、角动量和电荷,但电荷通常忽略不计。广义相对论预言,黑洞阴影的形状基本上呈圆形,但其他版本的引力理论却预言了稍微不同的形状。因此,这次可通过直接观测来验证广义相对论。