现在大量的观测已经表明,宇宙当中有很多黑洞。在上个世纪60年代的时候,美国为登月做准备,发射一系列探空火箭进行观测。在进行X射线观测的时候,偶然发现一个奇怪天体,它位于天鹅座当中,是在X波段观测到的第一个此类现象,所以称之为天鹅座X-1。它距地球大约7800多光年,质量是15个太阳质量,后来确定这是一个黑洞。
根据质量的不同,黑洞可以分为两大类。一类是恒星量级的黑洞,介于10多个太阳质量不过小于100个太阳质量;还有另外一类叫做超大质量黑洞,相当于大约上百万个太阳,有可能是几十亿个,甚至上百亿个。比如在银河系中心,就存在一个大约400多万个太阳质量的超大黑洞。按照理论上的推算,在银河系当中应该有上亿个恒星量级的黑洞,但到目前为止,我们仅发现了不到20个恒星量级的黑洞。
黑洞不会发出任何的光,那科学家又是怎么知道黑洞存在的呢?原来,黑洞有一个围绕自身转动的气体盘,并且有一些从黑洞附近喷射出来的气体物质,在天文学当中叫作“喷流”。正是因为气体盘、喷流会产生辐射,所以人们才能够“看到”黑洞。要注意的是,黑洞“喷流”不是吸到黑洞里然后再喷出来的,而是气体还没有掉入到黑洞之前,从黑洞附近、沿着黑洞转动的方向喷出来的。
一般来说,质量大约为几十个太阳质量的恒星在死亡后会塌缩成黑洞。这是因为恒星内部有热核反应,它本身能够支撑自身的重量,不过当热核用完的时候,就不能支撑重量了,就会形成黑洞。小质量黑洞慢慢碰撞、合并,然后再通过长时间吸积周围气体,最终变成超大质量的黑洞。
“黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”,其实不然。所谓“黑洞”,就是这样一种天体:它的引力场是如此之强,就连光也不能逃脱出来。说它“黑”,是指它就像宇宙中的无底洞,任何物质一旦掉进去,“似乎”就再不能逃出。实际上黑洞真正是“隐形”的。
众所周知,黑洞对于周围的物质和能量完全是虎视眈眈,任何物质都逃不过被黑洞吞噬厄运,包括光和电磁波等。
然而,正是由于黑洞的这个属性,人类无法直接观察到黑洞,那么人类是如何发现和感知黑洞的呢?
黑洞最早是一个纯数学上的概念,包括拉普拉斯在内的数学家通过计算,提出如果有一个物体的质量足够大而体积足够小,那它的引力就会大到连光都无法逃离。
在爱因斯坦于1915年发表广义相对论一个月之后,德国物理学家史瓦西(Schwarzschild)得到了一个广义相对论方程的精确解,正式预言了这样一种天体的存在。
黑洞刚刚提出时,科学家对于如何观察黑洞是十分的头痛的。黑洞本身既不发光,也不能反射光,而光几乎是天文学家所能依仗的唯一的工具。所以,观察黑洞就成了科学家的难题。
后来,科学家利用黑洞的特性——对周围天体的影响来感知黑洞的存在,即通过黑洞区强大的X射线源进行探索的。
黑洞本身虽然不能发出任何光线,但它对于周围物体、天体的巨大引力依然存在。当周围物质被它强大的引力所吸引而逐渐向黑洞坠落时,就会发射出强大的X射线,形成天空中的X射线源。通过对X射线源的搜索观测,人们就可找到黑洞的踪迹。
这是人类史上首张黑洞照片。北京时间4月10日晚9时许,包括中国在内,全球多地天文学家同步公布首张黑洞真容。这一由200多名科研人员历时10余年、从四大洲8个观测点“捕获”的视觉证据,有望证实爱因斯坦广义相对论在极端条件下仍然成立。新华社发(事件视界望远镜项目组供图)
新华社北京4月10日电综合新华社驻外记者报道:神秘天体黑洞终于被人类“看到”了。数百名科研人员参与合作的“事件视界望远镜”项目10日在全球多地同时召开新闻发布会,发布他们拍到的第一张黑洞照片。