2019年4月10日，第一張黑洞照片公布，人類(lèi)第一次直觀地觀察黑洞?！吧乡R”的是一顆超大質(zhì)量黑洞，位于位于橢圓星系M87核心，約70億倍太陽(yáng)質(zhì)量。

人類(lèi)第一張黑洞照片從上到下依次為背景-特寫(xiě)-黑洞
來(lái)源｜NASA這張照片是根據(jù)EHT（事件視界望遠(yuǎn)鏡）于2017年4月連續(xù)10天的觀測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)2年的數(shù)據(jù)處理，發(fā)布的第一張黑洞的直接影像。由于觀測(cè)是由EHT使用肉眼看不見(jiàn)的電磁波進(jìn)行，因此圖像的顏色是假色。早在2007年，科學(xué)家們利用歐洲宇航局的“XMM-牛頓”衛(wèi)星，首次發(fā)現(xiàn)命名為“RE J1034+396”的黑洞，其X射線(xiàn)輻射具有一小時(shí)左右的周期性震蕩信號(hào)。后因觀測(cè)路徑被太陽(yáng)阻隔，信號(hào)中斷。時(shí)隔11年后的2018年，科學(xué)家們使用“XMM-牛頓”衛(wèi)星、“核光譜望遠(yuǎn)鏡陣列（NuSTAR）”衛(wèi)星和“雨燕（Swift）”衛(wèi)星，再次對(duì)此黑洞開(kāi)展聯(lián)合觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)其X射線(xiàn)震蕩信號(hào)仍然存在，而且比以前更強(qiáng)了?？茖W(xué)家將這個(gè)震蕩信號(hào)形象的稱(chēng)作黑洞的“心跳”，是黑洞觀測(cè)的有效手段。1

黑洞為什么有“心跳”？黑洞的“心跳”和我們理解的心跳完全是兩回事。

黑洞是由質(zhì)量足夠大的恒星在核聚變反應(yīng)的燃料耗盡而死亡后，發(fā)生引力坍縮產(chǎn)生的。黑洞的引力很大，大到連光都無(wú)法逃脫。強(qiáng)大的引力無(wú)時(shí)無(wú)刻在吸引周?chē)奈镔|(zhì)向黑洞靠近，最終被黑洞吸收。

黑洞的形成

來(lái)源｜Pinterest

知道為什么叫黑洞了嗎

來(lái)源｜NASA：Goddard Media Studios

物質(zhì)在逐漸落入黑洞的過(guò)程中，會(huì)形成一個(gè)圓盤(pán)狀的結(jié)構(gòu)（吸積盤(pán)），并在黑洞周?chē)苄〉目臻g里釋放大量的能量，同時(shí)伴有節(jié)奏性及周期性震蕩信號(hào)，就仿佛是心跳一樣。

黑洞的“心跳”

實(shí)質(zhì)是黑洞外圍產(chǎn)生的有規(guī)律的高能輻射

來(lái)源｜Global Science

黑洞的“心跳”，攜帶有關(guān)于黑洞視界附近的物質(zhì)尺度和結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵信息，有助于科學(xué)家了解其體積大小，以及其周?chē)臻g的更多信息。

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如何觀測(cè)黑洞既然黑洞是一種引力極其強(qiáng)大的天體，連光線(xiàn)都不能逃逸，又不發(fā)射任何電磁波，如何觀察呢？

我們先來(lái)看看黑洞的構(gòu)造。

黑洞結(jié)構(gòu)，黑洞本身就是一個(gè)奇點(diǎn)

來(lái)源｜博科園

目前，黑洞本身是不可直接觀測(cè)，但是科學(xué)家可以通過(guò)觀察黑洞周?chē)奶祗w來(lái)判斷黑洞的存在。

一般而言，通過(guò)各種波段的Ｘ光、紅外線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)電波，來(lái)進(jìn)行“噴流”的觀察；而“吸積盤(pán)”的觀察，則通過(guò)Ｘ光、紫外線(xiàn)和可見(jiàn)光。

透過(guò)不同波段的光線(xiàn)所攜帶的信息，可以讓科學(xué)家研究黑洞的系統(tǒng)，現(xiàn)在科學(xué)家們使用“多波段的望遠(yuǎn)鏡”來(lái)進(jìn)行黑洞觀測(cè)。黑洞“心跳”的觀察，就屬于間接觀察黑洞的手段之一。

由于黑洞引力很大，科學(xué)家還可以通過(guò)黑洞與周?chē)h(huán)境的引力相互作用來(lái)推斷黑洞的存在。廣義相對(duì)論認(rèn)為宇宙空間、時(shí)間和引力存在相互作用，像黑洞這樣大質(zhì)量天體能夠扭曲其周?chē)目臻g，影響周?chē)阈堑倪\(yùn)行軌跡。

黑洞影響范圍內(nèi)的恒星圍繞黑洞旋轉(zhuǎn)

來(lái)源｜INAF

如果黑洞和某顆恒星構(gòu)成雙星系統(tǒng)，在黑洞引力作用下，恒星的氣團(tuán)不斷流入黑洞，驟然激起的高溫會(huì)導(dǎo)致多種波段的射線(xiàn)產(chǎn)生，此時(shí)，科學(xué)家可以通過(guò)對(duì)恒星運(yùn)行軌跡和吸積盤(pán)的觀察間接發(fā)現(xiàn)黑洞存在。

雙星系統(tǒng) 恒星圍繞黑洞運(yùn)行，恒星物質(zhì)流向黑洞

來(lái)源｜Wikipedia

最終，恒星消失，恒星物質(zhì)環(huán)繞黑洞。2019年4月發(fā)布的第一張黑洞照片，顯示的就是這一現(xiàn)象。

如果兩個(gè)黑洞構(gòu)成雙星系統(tǒng)，那么這兩個(gè)黑洞將在“相親相殺”中最終融合成一個(gè)新的黑洞，黑洞的合并會(huì)發(fā)射強(qiáng)烈的引力波，可以作為科學(xué)家判斷黑洞存在的證據(jù)。

2015年9月14日，科學(xué)家在LIGO引力波天文臺(tái)首次成功直接觀測(cè)了引力波，此次觀測(cè)也為黑洞雙星的存在提供了第一個(gè)觀測(cè)證據(jù)。

黑洞撞擊融合，激起引力波

來(lái)源｜pinterest

新的黑洞會(huì)因后坐力脫離原本在星系核心的位置。如果速度夠快，它甚至有可能脫離星系母體。

黑洞碰撞模擬

來(lái)源｜LIGO Lab

觀察黑洞對(duì)理論物理的發(fā)展具有極大的推動(dòng)作用。按照概率推算，過(guò)去100億年，銀河系應(yīng)該誕生100萬(wàn)個(gè)恒星級(jí)黑洞，但已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)的黑洞數(shù)量?jī)H為兩位數(shù)。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，觀察儀器設(shè)備的提升，越來(lái)越多的黑洞將會(huì)被發(fā)現(xiàn)，你有沒(méi)有想去發(fā)現(xiàn)一個(gè)呢？

審核專(zhuān)家：魯暘筱懿行星物理學(xué)博士、國(guó)家遙感中心副研究員

來(lái)源： 數(shù)字北京科學(xué)中心

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