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黑洞是什麼樣子的?黑洞裡面有什麼?

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。

1916年,德國天文學家卡爾·史瓦西(Karl Schwarzschild)通過計算得到了愛因斯坦引力場方程的一個真空解,這個解表明,如果將大量物質集中於空間一點,其周圍會產生奇異的現象,即在質點周圍存在一個界面——「視界」一旦進入這個界面,即使光也無法逃脫。這種「不可思議的天體」被美國物理學家約翰·阿奇博爾德·惠勒(John Archibald Wheeler)命名為「黑洞」。

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吸入所有一切,連光都逃不出來,這是普通人對黑洞最基本的認識。依據愛因斯坦的廣義相對論,質量足夠大的恆星在核聚變反應的燃料耗盡死亡後,將聚集成一點,這裡就將成為「黑洞」。它密度極大、體積極小,會吞噬鄰近宇宙區域的所有光線和任何物質。

也正是因為黑洞不發光,所以無法被直接觀測到,但科學家還是可以藉助間接方式得知其存在。恆星量級(從3個太陽質量到100個太陽質量大小)的黑洞,會將周圍恆星的氣體撕扯到自己身邊,產生一個旋轉的氣體盤,即吸積盤。當吸積氣體過多時,一部分氣體在掉入黑洞之前,在磁場的作用下,會被沿轉動方向拋射出去,形成噴流。吸積盤和噴流都因氣體摩擦而產生明亮的光與大量輻射,所以可以被科學家探測到,黑洞的藏身之處也就暴露了。到目前為止,銀河系已經確認存在20多個黑洞,而據推算,銀河系中應該有上千萬個恆星量級的黑洞。

那麼黑洞裡邊有什麼呢?

另一個宇宙?混沌?還是通往外婆家的小路?沒有人知道答案。

據英國《新科學家》雜誌在線版2017年4月5日消息稱,真正的天文重器——「地球大小」的望遠鏡目前正準備「穿透星系的心臟」。它由全球各地的8個射電觀測台組成,模擬出一台具有行星規模的天文設備。今年4月,只要所有觀測台天氣條件合適,它們會立即開啟,人類將利用其首次對黑洞進行拍照,揭開近百年來仍無解的黑洞謎底。

這組巨大的天文設備名為「事件視界望遠鏡」(EHT),其囊括了位於西班牙、美國和南極等地的射電望遠鏡。現在,EHT的8隻「眼睛」已組合完畢,科學家們正協調射電望遠鏡陣列,模擬成一台虛擬的「地球大小的望遠鏡」,準備首次嘗試對宇宙黑洞進行拍照——只有行星規模的望遠鏡有能力「照亮」黑洞,因此,可對星系中心的超重黑洞進行監測。

望遠鏡目標最終指向距離地球25000光年的人馬座A*黑洞以及M87星系黑洞。前者是位於銀河系中心一個亮度極高且緻密的無線電波源,屬於人馬座A星系的一部分,星系的「心臟」就是超大質量黑洞的所在,它也被看作研究黑洞物理的最佳對象;而M87星系核心的黑洞質量,估計可能會達到30億至64億個太陽質量。一直以來,人們對這兩個神秘的目標都缺乏清晰詳盡的數據。

團隊表示,4月5日至14日夜晚,當全部8個觀測地天氣晴朗,他們將會立即啟動「事件視界望遠鏡」,以前所未有的解析度創建圖像。如果這項嘗試成功了,所獲照片將會幫助科學家進一步檢測廣義相對論。與此同時,來自美國激光干涉引力波天文台(LIGO)和歐洲引力波天文台(VIRGO)的科學家將會聯合進行一項深入研究,以確定特殊星系引力波的起源。

該團隊包括荷蘭奈梅亨大學以及德國馬克斯·普朗克物理研究所等機構,研究人員表示,「事件視界望遠鏡」的運行將向人類展示宇宙的最基本信息。2017年12月7日,美國卡耐基科學研究所科學家發現有史以來最遙遠的超大質量黑洞,該黑洞質量是太陽質量的8億倍。這與現今宇宙中發現的黑洞有著很大不同,此前發現的黑洞質量很少能超過幾十倍的太陽質量。

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