最近两年来,最重要的天文大事件来了——人类史上首张黑洞照片终于出炉啦!
就在今晚,4月10日21:00,全球顶级天文观测项目Event Horizon Telescope事件视界望远镜计划,在美国国家新闻俱乐部发布了天文史上第一张黑洞直接图像▼
尽管看起来没那么酷炫,但这就是真实照,真实往往是最有力量的!
照片主角:M87星系中心黑洞,65亿倍太阳质量,距离我们5350万光年。
相比之下,我们银河系中心黑洞人马座A*,只有太阳质量的430万倍,距离我们26000光年。
在此之前,我们见到过的所有黑洞照片、影像,无一例外都是艺术渲染出来的,包括出自NASA、ESO之手的。
一系列问题来了——
首张黑洞照片是如何诞生的?
由美国国家科学基金会资助的Event Horizon Telescope事件视界望远镜项目,最近制作的一段官方科普视频,解释得简单易懂,明明白白……
啥是黑洞?到底如何形成的?
简单来说就是大质量恒星大限已到,不断坍缩演化成致密的天体,致密到能够无限弯曲时空,就连光都无法逃逸出去。
黑洞到底黑到什么程度?
没有什么能够逃脱它的魔爪,别说飞船、星辰、恒星,就连看得见的光线、看不见的X射线都逃不过!所以说,研究这种宇宙怪兽,要比登天难多了。
黑洞的空间可以像纸一样被揉捏成一个无穷小的点,时间可以像火焰一样被吹灭。
黑洞会吞噬一切吗?
当然不是。从远距离来看,黑洞的引力总量其实跟相同质量的其他天体一样。举个例子,假如动用神力,现在就把太阳坍缩成一个黑洞(半径3公里),地球和其他各大行星,还会在原来轨道上转圈跑,并不会被吞掉。
黑洞之所以能够吞噬身边的一切,并不是因为它的巨大引力总量,而是具有超高的引力密度。
也就是说,黑洞作为宇宙饕餮还是有一定的势力范围的。这个有去无回的势力范围,学名叫黑洞的事件视界Event horizon,简称视界。
什么是视界?什么是事件视界?什么又是黑洞的事件视界?
视界就是地平线,当夜幕低垂,太阳落到地平线之下,尽管我们都知道太阳依然存在,只是我们看不见罢了。
所谓事件视界,就是以地平线为界线,隐没于地平线之下所发生的事情,我们看不见,够不着,知不道。
黑洞的事件视界,就像魔法师的黑斗篷,把无限坍缩的黑洞包裹其中,外界观察者无法一窥究竟。
黑洞视界到底多大?
在物理学上有一个专有名词——史瓦西度规。以德国物理学家、天文学家史瓦西命名。
你可以简单想象成:以黑洞内部一个引力、密度都无穷大的点——奇点为中心,以史瓦西本人算出来的引力半径【史瓦西半径】,划定一个黑洞势力范围,最简单是球状的(复杂的还有南瓜状、甜甜圈状的)。
请记住:只要闯进史瓦西半径划定的黑洞视界,你我就没得跑了。
史瓦西半径有多大?
拿太阳来说,它的史瓦西半径大约3公里。如果把太阳的全部质量都压缩到半径2.95公里范围之内,我们的太阳就变成了一枚黑洞。
地球的史瓦西半径只有9毫米!这相当于把地球压成一颗葡萄干,才能变成黑洞。
你只要记住:只有乱入黑洞的吞噬范围——史瓦西半径,才是肉包子打狗,有去无回。
要是躲在比史瓦西半径远点的地方,当个吃瓜群众呢?
这张图说明得很清楚。
红圈以内就是史瓦西半径划定的黑洞视界,死亡地带。
两倍史瓦西半径划定的区域内,属于危险区⚠️。不管是地球、还是飞船,闯进这个区域有被吸进黑洞的危险,但不一定。因为这个区域的离心力更强大,要比黑洞引力大很多,因此大多数天体/飞船都会被甩出去。
三倍史瓦西半径划定的区域内,属于风险区。黑洞自转时会拉扯周围空间形成一个漩涡状旋转,就好像飓风中的气旋一样。有可能被甩进危险区,也可能被甩出去。
三倍史瓦西半径划定的区域范围之外,属于安全区。天体、飞船,或者你我都可以当个吃瓜群众,坐观黑洞吃相。
黑洞有多少?
黑洞数量远比我们想象得要多。
一提到黑洞,动辄就是亿万光年之外,好像离我们地球很远似的。
其实,就拿我们银河系来说,大约存在着1亿个黑洞,当然基本上是3~30倍太阳质量的小质量黑洞。
尽管这个数据是天文学家计算出来的,而非实际观测,但按照恒星演化模型预测,这是个必然结果。
天文学家估计,离地球最近的黑洞,很可能就在300光年的宇宙深空。
最早预见黑洞的是谁?
18世纪晚期,英国米歇尔、法国拉普拉斯都预见到:宇宙中一定存在着就连光也无法逃脱的暗星。
黑洞是谁起的名?
约翰·惠勒,美国顶尖物理学家。
科学界给他评价极高:「惠勒是最后的巨人,物理学最后的超级英雄」。他还是【虫洞】【多重宇宙】【量子泡沫】【黑洞三毛定理】这些广为流传的物理名词的首创者。
黑洞有哪些?
按照质量衡量,黑洞可以分为:
超大质量黑洞——质量至少都是太阳质量的数百万倍。
中等质量黑洞——质量在数十倍太阳质量以上,但远小于超大质量黑洞。
小质量黑洞——也叫恒星级黑洞(轻量级黑洞),最小质量从3.8倍太阳质量一直到几倍于太阳质量。
微型黑洞——又叫迷你黑洞,量子黑洞,是在微观尺度下研究量子力学效应的重要对象。
已知最大黑洞有多大?
天文学家已知本宇宙最大两个饕餮巨兽:
TON618——660亿个太阳质量,位于猎犬座。
S5 0014+81——400亿个太阳质量,位于仙王座。
不过请放心,距离我们足够远,都在数亿光年外。
长得最快的黑洞呢?
这个宇宙怪兽天文编号:QSO SMSS J215728.21-360215.1,简称J2157-3602。请放心,距离我们足够远——120亿光年外。这个宇宙怪兽早在宇宙大爆炸后8亿年,就已存在了。
为什么研究黑洞如此重要?
因为有关物质、能量、时间、空间、宇宙的终极秘密——开端和终结……几乎宇宙的所有重要秘密,最后交织到了黑洞。也就是说,我们只要找到黑洞的密钥,本宇宙的重要大门也就打开了。
也就是说,黑洞是当今基础科学、当代宇宙学几大疑团的交汇点——
从宇宙怎么来的到宇宙的最终归属,都绕不开黑洞;
尽管现有物理理论揭示了宇宙物质、能量、空间、时间的自然法则,但钻进黑洞里却全都失效了,所以黑洞既是当代物理学的终点,也是未来物理学的起点;
著名的黑洞信息悖论,实质上就是广义相对论与量子理论的冲突表现,而理论冲突正好是科学突破的前兆,只要搞明白了黑洞,两大理论也就自然实现了统一——这是科学界最想突破的重大理论——万有理论(万物理论)。
假如地球碰上黑洞,将会怎样?
如果地球遭遇黑洞,并不是一口生吞,而是潮汐力撕碎地球,吸入一切。
小小月球都能对地球海洋产生涨潮现象,何况是宇宙怪兽黑洞!
只要靠得足够近,自带巨大潮汐力的黑洞就会像拉面师傅那样,拉扯我们地球,引发全球地震、巨型海啸、火山爆发……
撕开地表,撕裂地壳、地幔,造成岩浆迸射……结果就是撕裂一切,像龙卷风一样贪婪吮吸,吞噬地球的一切——Game Over!
尽管我们尚未观测到黑洞吞噬行星的惨烈,却捕捉到吞掉恒星的过程——
2011年8月,距地球40亿光年的一个黑洞仿佛魔鬼般,瞬间把一颗附近的恒星撕碎,迸发出一团发光等离子体后消失在宇宙深处……
这是人类首次观测黑洞吞噬天体的惊悚一幕。
黑洞吞掉地球的事儿别想了,还是想想真实世界吧,毕竟真实最有力量!