黑洞，想抓住你不容易

前兩天，美國國家科學基金會在“事件視界望遠鏡”項目首個發現發布會上發布了

人類歷史上首張黑洞照片！！

那么這時，問題隨之而來了——

黑洞是怎樣形成的？

連光子都無法逃離的黑洞，科學家是如何讓它現形的？一起來看！

（圖片來源央視新聞▼）

（這張照片，直接長時間曝光拍攝了10天，沖洗花費時間2年丨來源：EHT Collaboration）

該黑洞位于室女座一個巨橢圓星系M87的中心，距離地球5500萬光年，質量約為太陽的65億倍。

它的核心區域存在一個陰影，周圍環繞一個新月狀光環。

愛因斯坦廣義相對論被證明在極端條件下仍然成立。

黑洞有啥學問？

黑洞是怎么被發現的？

我們為啥要給黑洞拍照片？

給黑洞拍照片時到底拍的是什么東西？

這些問題被孩子問起時，你會回答嗎？

快看關于黑洞的這些知識點，一起漲知識！

宇宙中的黑洞是怎么被發現的

科學家們發現在一些被X射線望遠鏡發現的雙星（由一個致密星和另一個正常恒星組成）中，致密星的質量比中子星的質量上限（約為3倍太陽質量）還大，但半徑卻差不多，因此認為這些引力極強的致密星只能是黑洞。

目前在銀河系中已發現20多個黑洞X射線雙星，它們的黑洞質量大約是太陽質量的5到20倍。

黑洞剪影的模擬圖像：廣義相對論預言剪影是圓形的（中），其他理論則預言了不同的形狀（左、右）。圖片來源：D. Psaltis and A. Broderick

最近幾年，地面激光干涉引力波天文臺(LIGO) 已宣布已探測到11對雙黑洞并合產生的引力波，這些黑洞的質量都是幾十個太陽質量。

天文學家通常把這些質量為幾個到一百個太陽質量的黑洞叫恒星級黑洞。

二次世界大戰后，雷達技術廣泛用于射電天文，許多宇宙射電源被發現。這些射電源的光學像有的看起來很像恒星，但光譜觀測顯示它們本質上不是恒星，而是譜線有巨大紅移的銀河系外遙遠天體。

這些被稱為“類星體”的活動星系核能輻射出比銀河系高成千上萬倍的能量，其發光原理不能用核反應來解釋。

科學家們認為：類星體的能源來自于其中心質量極大的黑洞吸積周圍物質所釋放出的巨大引力能▼

類星體中心超大質量黑洞及吸積盤、噴流示意圖 | 圖片來源：NASA/Goddard Space Flight Center

后來的觀測表明像我們銀河系這樣的正常星系中心也存在質量在百萬太陽質量以上的黑洞，只是因為這些正常星系中心的黑洞周圍沒有多少可供吞噬的物質，所以其表現不如類星體中心的黑洞“活躍”，無法釋放像類星體那樣巨大的能量。

天文學家把類星體和星系中心質量在百萬到百億倍太陽質量的黑洞叫超大質量黑洞。

那么宇宙中是否存在介于恒星級黑洞和超大質量黑洞之間、質量為幾百到幾十萬倍太陽質量的中等質量黑洞呢？

天文學家雖然在一些近鄰星系的極亮X射線源中似乎已找到中等質量黑洞存在的跡象，但還需更多的觀測予以證實。

捕獲首張黑洞照片有何特殊之處？

是如何運行的？

中國科學院國家天文臺研究員、《中國國家天文》執行總編茍利軍表示：

首先這些望遠鏡都是在亞毫米波波段，通常需要在海拔比較高的地方來減少大氣中水氣對于亞毫米光子的影響。

比如說位于智利的ALMA望遠鏡的海拔就有5000多米，這些分布于全球不同地方的望遠鏡通過所謂的甚長基線干涉技術（VLBI）連成一個虛擬網絡，構成了一個口徑達到一萬公里的望遠鏡，VLBI技術是實現成像觀測的關鍵。

都說黑洞看不見摸不著，

那么給黑洞拍照時，我們在拍些什么？

茍利軍表示，黑洞本身不發光，但是黑洞周圍通常都會有一個吸積盤，吸積盤有比較強的輻射或者說是發光的，所以在明亮吸積盤的襯托之下，黑洞就會產生一個所謂的黑洞陰影。

這次的觀測就是通過觀測黑洞本身及其臨近區域，看到黑洞的陰影。

截止目前，我們對黑洞的認識是怎樣的？

茍利軍表示，對于黑洞的認識也經歷了一個漫長的過程。

兩百多年前，拉普拉斯基于牛頓的萬有引力提出暗星；

大約100年前，史瓦西基于廣義相對論得到**個沒有轉動的精確黑洞解；

自此之后，很多的物理學家都對黑洞研究做出了貢獻，包括奧本海默、科爾、基普索恩、霍金等。

我們現在有很多的電磁觀測表明黑洞應該是真實存在的，然而我們就是沒有看到過黑洞的真實模樣，所以此次照片的影響是巨大的。

都說黑洞會吞噬很多東西，

那它吸進去的東西去哪里了？

茍利軍表示，這的確是一個非常有趣的問題。

在被吞噬的過程當中，物質都首先會被撕裂成一些最基本的粒子，然后很可能在黑洞的內部又進一步發生其他的物態變化，具體會發生什么樣的過程，我們并不是特別的清楚。

經典的理論認為，掉到黑洞里的物質都會朝著中心的奇點運動，最后會聚集在那里。隨著聚集的物質越來越多，質量也會變得越來越大，黑洞的半徑也會變得越來越大。

為什么花這么多錢給黑洞拍照？有什么意義和價值呢？

茍利軍說，因為是**次看到黑洞，所以滿足我們黑洞模樣的好奇感。

另外從科學的角度還可以提供很多的信息，幫助我們了解氣體在黑洞內區真正的運動狀態。

（注：本文配圖見水印標注；文字內容轉載于中國教育報，版權歸原作者所有，如有侵權，請聯系刪除。）

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