黑洞究竟是怎样的存在 人类为何难以攻克

Question

如题所述

Answer 1

所谓“巨大黑洞”是指质量超过太阳100万倍以上的黑洞。如果存在巨大黑洞，那么在它周围的物质亦应当像绕太阳旋转的行星那样，遵循“开普勒行星运动三定律”，哈勃太空望远镜就在NGC4261、室女座M84星系、室女座M87星系等星系中心发现了高速旋转的气体。根据开普勒定律，气体的旋转速度应与其围绕天体的质量的平方根成正比，与旋转半径的平方根成反比。如果能够确定旋转速度和半径，就能求出哪个天体的质量，NGC4261旋转半径为300光年以内，质量约为太阳质量的20亿倍；M84星系旋转半径为30光年以内，质量约为太阳质量的3亿倍；M87星系旋转半径为15光年以内，质量约为太阳质量的30亿倍。计算结果应当是令人吃惊的！10亿倍太阳质量的黑洞的半径大约为10天文单位，也就是1光年的一万分之一。所以，哈勃太空望远镜的观测结果与黑洞的半径相比较，还没有把握住黑洞的外侧。1995年，有关科学家与美国史密森尼安天文台合作，使用超长基线电波干涉仪群观测猎犬NGC4258星系的中心区域，发现在NGC4258星系中心仅0.3光年的区域内，就存在相当太阳质量3600万倍的质量，而且获得了迄今为止最精确的旋转速度。由此，星系中心存在巨大黑洞的可能几乎转瞬间便具有了可能性。同年，科学家们进行了对确认巨大黑洞具有决定意义的观测，证据是通过日本的X射线天文卫星观测得到的，观测对象是名为“MCG-6-30-15”的一个活跃星系。观测结果表明，来自这个星系中心的X射线发生了“引力红移”，这是非黑洞无法解释的。所谓“引力红移”是在强引力作用下，时间似乎变慢的可用广义相对论解释的现象，在这种现象中光波长变长。这个现象被确认其意义就相当于直接观测到黑洞。科学家从此得到了巨大黑洞存在的强有力的证据，任何星系都存在巨大黑洞。【最新资料补充：黑洞的碰撞】一项最新研究显示，使用现有的天文设备能够观测到超大质量黑洞碰撞后形成的持续“红外线晚霞”，这种晚霞能够持续发光10万年。这项研究有助于科学家更早地发现黑洞发生碰撞的迹象。超大质量黑洞的质量是太阳的数百万至数十亿倍，通常它们出现在像银河系或更大的星系中心位置。像这样的碰撞属于宇宙中最猛烈的现象，黑洞碰撞后产生的能量远超出宇宙所有恒星的能量之和。碰撞所形成的能量通常被认为以重力波形式释放，在太空星系结构形成难以捉摸的波纹，这些能被天文观测装置探测到。碰撞粒子美国约翰·霍普金斯大学的杰里米·施尼特曼(JeremySchnittman)和朱利安·克罗利克(JulianKrolik)最新计算显示，黑洞碰撞释放的红外线晚霞可持续10万年之久。这种持续发亮的光环来自于叫做“吸积盘(accretiondiscs)”的浓密灰尘气体云，吸积盘位于黑洞周边，向黑洞提供补给。依据这项最新计算结果，当两个黑洞发生碰撞，吸积盘中太空物质的轨道将被扰乱，导致粒子之间发生彼此碰撞。施尼特曼告诉《新科学家》杂志：“碰撞之后气体粒子在新的圆形轨道稳定下来，但这些气体粒子又会被其他的粒子碰撞跳跃起来，在这个碰撞过程中气体粒子损失了大量能量。”这些能量被转化成X射线和其他形式的光，在它们最终形成红外线之前会在吸积盘的气体灰尘迷宫里反弹跳动。只释放红外线研究人员称，美国宇航局“斯皮策”太空望远镜具备红外线探测能力，可观测到此类红外线发光呈现绚丽晚霞的景象。施尼特曼说，“不同于其他太空红外线来源，刚碰撞的黑洞不会发出X射线或紫外线，我们只需要找到红外线来源即可。”未参与此项研究的哥伦比亚大学天体物理学家克里斯坦·蒙诺尤(KristenMenou)称，这是一项非常吸引人的天文学研究。施尼特曼和克罗利克估计目前宇宙存在着超大质量黑洞碰撞形成的10万多个可观测红外线来源。他们向《天体物理学杂志》提交了这项研究。有朝一日天文学家将探测到由超大质量黑洞碰撞发出的重力波，由于这种重力波的频率非常低，目前激光干涉仪重力波天文台(LIGO)无法探测到重力波的存在。一项叫做“激光干涉仪空间天线(LISA)”的太空任务计划可能会探测到黑洞碰撞产生的重力波，但是该太空计划将于2018年启动。