黑洞圖像多是模擬，這將是望遠鏡捕捉到的

科技 01-20

【博科園-科學科普-留言評論有驚喜哦~( ^_^)】黑洞是現代廣義相對論中，宇宙空間內存在的一種天體。黑洞的引力很大，使得視界內的逃逸速度大於光速。緻密、深邃和強大的黑洞不可思議地揭示了物理學的極限，沒有什麼能從黑洞中逃脫，甚至是光也逃不掉。

圖片版權：NASA/ESA/STScI

儘管黑洞能像科學中的其他概念一樣激發想像力，但事實上沒有一個天文學家真正看到。但是人類已經「聽到」了黑洞的存在：科學家們記錄了黑洞的引力波（在時空平面上擴散的漣漪）由數十億年前與另一個黑洞相撞產生。但是你看到的任何一張黑壓壓的扭曲時空的圖片都只是一張模擬圖片，如下圖：

圖片版權：NASA/Goddard

這將很快就會改變，一個叫做「視界望遠鏡」的全球項目目前正大膽地致力於將黑洞圖像拼接起來。如果成功的話，那將是一項了不起的成就。實際上黑洞是巨大的，並且很難靠近。

TOP1、為什麼沒有天文學家能通過望遠鏡看到黑洞？

黑洞是大質量恆星坍塌時所產生的一個重力十分強烈的天體（或中子星的合併等）強大到甚至連光都無法逃脫。天文學家還推測在宇宙大爆炸後早期的混沌宇宙中可能形成了一些黑洞。試圖觀測黑洞最大的問題是：即使是超大質量黑洞(質量比太陽重幾百萬倍)也相對較小。

天空中最大的黑洞在銀河系中心，亞利桑那大學天體物理學家Dimitrios Psaltis解釋道：拍一張它的照片就相當於在月球表面拍一張DVD。更重要的是，由於黑洞有著強大的引力，往往被其他明亮物質所包圍，因此很難看到物體本身。這就是為什麼在尋找黑洞時，天文學家通常不會嘗試直接觀察。

相反尋找黑洞的引力和輻射的影響跡象可能是有效的。我們通常測量在天空中圍繞著非常暗的「點」旋轉的恆星和氣體的軌道，並且測量黑點內的質量。如果我們不知道其他的天體物理對象，可以像測量的那樣大和深的場景，也就認為這是證明黑洞的存在非常有力的證據。

TOP2、目前確實有黑洞的間接圖像

一些關於黑洞最好的間接圖像來自錢德拉x射線天文台。美國宇航局天體物理學家、與錢德拉合作專家彼得·埃德蒙茲說：黑洞產生的摩擦力和高速度自然會產生x射線，錢德拉是一架專門用來觀測x射線的太空望遠鏡。例如錢德拉天文台記錄了來自2600萬光年之外的兩個星系合併產生的x射線「波」，這些「波」可能來自一個巨大的黑洞：

圖片版權：NASA/CXC/Univ of Texas/E.Schlegel et al; Optical: NASA/STScI

同樣的，這張圖片上的紫紅色斑點是x射線強烈輻射的區域，被認為是兩個星系（藍色和粉紅色的環）碰撞時形成的黑洞。

圖片版權：NASA/CXC/MIT/S.Rappaport et al, Optical: NASA/STScI

這是來自於英仙座星系團中心區域的x射線和聲波——更間接地證明了黑洞的存在：

圖片版權：NASA/CXC/IoA/A.Fabian et al

在這張圖中錢德拉望遠鏡看到了被懷疑位於銀河系中心的黑洞的最大x射線源。

圖片版權：NASA/CXC/Amherst College/D.Haggard et al

這是放大的x射線耀斑的圖像。

TOP3、可以看到黑洞向宇宙噴射出大量物質

這張合成圖像（結合了哈勃和一個射電望遠鏡的數據）顯示了從大力神星系中心拋出的能量和物質。這些射流以接近光速的速度射出，顯示出黑洞可怕的破壞力。

圖片版權：NASA/Hubble

下一幅圖片顯示的是距離地球1300萬光年的人馬座A中心的黑洞噴出的相對論物質和氣體，延伸比星系本身還長。

圖片版權：ESO/WFI (visible); MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al. (microwave); NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al

TOP4、觀測到恆星軌道上明顯被黑洞擾動

我們看不見黑洞，但是可以觀察到黑洞的極端重力對周圍物體的影響。下面是一個非常酷的例子：

圖片版權：Keck/UCLA Galactic Center Group

你看到的是來在銀河系中心超大質量黑洞附近的20年的恆星數據，被稱為人馬座a，這顆恆星的質量比太陽質量要大很多倍。S2星（在視頻中有黃色的線）的質量大約是太陽質量的15倍，與黑洞相比，黑洞的質量要比太陽大400萬倍，所產生的引力使S2的軌道達到每小時1100萬英里左右，大約是地球繞太陽運行速度的200倍（S2在大約16個地球年繞完一個軌道）。

目前還沒有直接觀測到這個黑洞，但是科學家們認為它存在，因為沒有別的東西可以解釋這些恆星的軌道。這些軌道，以及開普勒定律的簡單應用，為這個超大質量（質量是太陽質量的4百萬倍）黑洞的存在提供了最好的證據。

TOP5、我們還看不到黑洞，但可以「聽到」它們碰撞

當兩個黑洞相撞時會釋放出巨大的引力，就像聲波干擾空氣發出聲音一樣，引力波擾亂了時空的結構，把物質推到一起。如果一個巨大的引力波通過你，你會看到你的一隻胳膊長得比另一隻長，就好像它存在於一個恐布歡樂屋的鏡子里一樣；如果你每個手腕上都戴著手錶，會看到它們在同步發出嘀嗒聲。但在14億年後到達地球的時候，那些波已經變得非常微弱（就像石頭掉進池塘後遠處泛起的小小漣漪）。

在過去的幾年裡，科學家們已經能夠傾聽LIGO和處女座的微小波動。在時空中探測到這些微小的波動是一個巨大的全球實驗。因為波利戈探測的頻率與我們所能聽到的頻率範圍相當，科學家們可以把音量放大，並把它們轉化成聲音（這不是它真實聲音的樣子，而是數據的音頻表示，這一活動在真空中不會產生噪音）。

TOP6、很快我們就會看到一個真正的黑洞

因為銀河系中心的黑洞是如此之小，並被很多多的遮擋物包圍著，所以要用一個巨大的望遠鏡才能看到它。根據《自然》期刊論文描述：要用比哈勃望遠鏡的解析度高1000倍的望遠鏡才能觀察到它。國際上稱之為為「視界望遠鏡」正在試圖解決這個問題。傳統的光學望遠鏡使用越來越大的鏡片來觀察宇宙中更小和更遠處的物體。事件視界望遠鏡正在做類似的事情——創造一個大小相當於整個地球的虛擬望遠鏡。

2017年4月「視界」團隊將無線電望遠鏡連接到世界各地的多個地點——遠至夏威夷和南極，並在幾天內使用這些設備觀察人馬座A。該活動是全球14個研究機構的國際合作的結果。正如麻省理工學院解釋的那樣：這八架望遠鏡可以「數出8000英里外的棒球上的縫線」。該陣列產生了如此大量的數據。將每台望遠鏡的數據傳輸到一個集中的位置比在互聯網上傳輸數據更有效。

現在，科學家們正在把所有的數據整理在一起，希望最終的圖像能顯示出黑洞的邊界。黑洞的邊界可能會被一個吸積盤包圍，一個明亮的充滿能量的環狀物圍繞著黑洞旋轉，它看起來可能是這個樣子：