这些关于“黑洞”的快问快答,你一定想知道——
来源:扬子晚报
2022-05-13 11:05

“银心黑洞”的首张照片发布后,很多天文爱好者对黑洞充满好奇。事件视界望远镜合作组织(EHT)为读者们提供了一份科普版快问快答,你对黑洞好奇的一切,基本都在这里找到答案。

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图源   EHT合作组织

Q为什么EHT要观测黑洞?从EHT的观测中我们能学到什么?

A:事件视界望远镜(EventHorizonTelescope,EHT)是一个以直接观测星系中心超大质量黑洞在事件视界尺度上的结构为主要目标的国际合作项目。

作为一个科学合作组,EHT的科研目标不仅在于证明黑洞的存在,更要了解更多黑洞相关的物理性质,以及气体被吞噬的过程。以往的天文观测已经提供了许多关于黑洞存在的间接证据,并且人们也熟知在离黑洞相对较远的距离上,有很多现象已经需要运用广义相对论效应来解释。然而,我们还从未观测到离事件视界如此近的距离,从未在黑洞附近来验证熟知的时空理论,这也正是EHT项目的目标。

黑洞是宇宙中的奇特存在,它将最大尺度的理论(广义相对论)和最小尺度的理论(量子力学)联系到了一起。虽然不同尺度下的理论能将黑洞的部分性质完美解释,但人们始终不能找到统一而通用的物理理论,可以将黑洞物理详尽描述。比如“黑洞信息悖论”至今成谜。

除基础理论之外,黑洞周围的等离子体的物理细节也没有被研究透彻。我们所能观测到的黑洞图像实际来自于这些等离子体的辐射,这些气体是如何被黑洞吞噬的,对于解释黑洞图像来说显得尤为重要。正是这些发光的气体勾画出了黑洞附近极度弯曲的时空。EHT观测能够帮助人们更好地理解这些气体的性质与运动。

Q:在银河系中有多少黑洞?

A:据估计,在任何星系中都会存在许多质量与恒星差不多的黑洞。它们是在大质量恒星演化晚期发生超新星爆发之后而遗留下来的残余物。我们研究超大质量黑洞M87*是因为从地球上看,它们在天空中的视大小比恒星级黑洞要大得多,所以更容易研究。

Q:最靠近地球的黑洞在哪里?

A:最靠近地球的黑洞是距离我们3000光年的麒麟座V616,它的质量是太阳质量的11倍,围绕一颗K型星(0.5倍太阳质量)运行,轨道周期将近8小时。在两倍距离之外,有个黑洞是天鹅座X-1(15倍太阳质量),它围绕一颗O型星(30倍太阳质量)运行,轨道周期约为6天。

Q:黑洞会“消失”吗?

A:由于所谓的霍金辐射,经过一段时间后所有物质都会蒸发。对于迷你黑洞来说,这可能只需几秒钟。对于一个质量相当于一座山的黑洞来说,它需要20亿年。对于像太阳这样大质量的黑洞来说,需要10的67次方年!(蒸发时间与体积成正比,即与质量的立方成正比)。

Q:黑洞里有什么?

A:这还未知,因为我们无法接触那里的东西。我们尚且无法知道物质是否被压缩了、或者全部到达中心的奇点。关于这些,你可以自由想象,因为没有人能够飞入黑洞再返回,来告诉我们那里有什么。

Q:如果掉进黑洞会发生什么?

A:对于一个小黑洞来说,你会遭受所谓的“意大利面化”(这是一个科学术语),因为把你拉向奇点的力,比如说,它作用在你脚上比作用在你头部更高,所以你会被拉伸,变得像意大利面。对于巨型黑洞来说,你不会受到这种潮汐力的影响,因为与较小的黑洞相比,一旦你越过黑洞视界,潮汐力需要更长的时间才变得足够强大。

Q:我们能制造黑洞吗?

A:一些人声称,让粒子在大型加速器中碰撞是可能制造出黑洞的,但这些黑洞蒸发得非常快,可能是毫秒或秒。以目前的技术,我们无法仿真恒星的碰撞,因此我们无法在地球上的任何实验室中制造出真正的黑洞。但是,我们可以用所谓的“音速黑洞”来研究黑洞理论预言的许多效应。从本质上讲,可以创建一种流体流,其流动速度超过流体本身的局部声速(信息传递速度)。如果从该流体中发出“声音”,它就无法逃逸流体,因为流体的速度比声速快。这种(危险性小得多的)现象在数学描述上几乎完全等同于太空中的黑洞。

扬子晚报/紫牛新闻记者 杨甜子

校对 盛媛媛

编辑 : 严静

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