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      网上轮盘 | 银心黑洞长啥样?年底之前见分晓

      发布日期:2017-04-25 11:55:17

      有史以来的首张黑洞照片呼之欲出。
      计算机模拟的黑洞影像。这个黑洞的积吸盘正对着地球。
      黑洞长啥样?谁也不知道。因为谁也没见过。我们只能通过想像,对黑洞进行描绘。而这些想像,往往又不怎么准确。
      值得期待的是,史上首张黑洞标准照有希望在今年和世人见面。全球许多天文台和大型射电天文望远镜已经协手对银河系中心的超大质量黑洞“人马座A*”进行了一次协同观测。如果一切顺利,那么最快今年年底之前,首张银心黑洞的照片就会公布。
      这张黑洞照片可能会是什么样子的呢?让我们先来看看黑洞的一些特点,这些特点决定了黑洞的外貌。
      黑洞的大小,也就是那个黑色圆面的大小,其实是由黑洞视界的大小决定的。我们可以直接在纸上画一个黑色的圆,来表示黑洞。
      但现实中的黑洞并不只是一个黑色的圆。黑洞在极小的体积内集中了极大的质量,因此它们会和体积宠大的星系一样,扭曲周围的时空,产生非常明显的引力透镜现象。所以在黑洞的视界处,背景影像一定是被扭曲了的。
      而且,真正的黑洞往往拥有积吸盘。
      电影《星际穿越》中的超大质量黑洞。
      黑洞拥有强大的引力,一切经过它身边而又靠得太近的东西,都会被它捕获,最终被黑洞吞噬掉。无论是行星、小行星,还是彗星,甚至是恒星这样的宠然大物,黑洞都照单全收。它们会被黑洞产生的强大潮汐效应撕成碎片。
      黑洞周围的引力梯度非常大,也就是说如果有一架飞船太靠近黑洞,其前端受到的引力强度和后端受到的引力强度差,足以把它拉成一根面条,继而粉身碎骨。
      这些东西被粉碎后剩下的物质仍然会围绕黑洞飞行,在黑洞周围形成一个有点像土星环的盘状结构,它的名字就是积吸盘。积吸盘的温度极高,是会发光的。靠近黑洞视界的盘中物质,时不时地就会落入黑洞。而位于黑洞前方,也就是位于黑洞和地球之间的积吸盘,会阻挡部分黑洞圆面。而由于黑洞是不透明的,黑洞后方的积吸盘物质我们理应是看不到的。
      但常识在黑洞那里往往是失效的。由于引力透镜现象,我们在黑洞视界周围,看到部分被扭曲了的黑洞后方影像。因此电影《星际穿越》中的黑洞反倒比较准确,它可能是有史以来最精确的一次黑洞模拟。
      综上所述,绝大多数黑洞并不是“裸体”的,它们总是和别的物质共存。我们银河系中心那个黑洞也一样。
      计算机模拟的黑洞。
      而假如我们要拍摄黑洞,同样也无法通过直接拍摄黑洞本身来完成——因为它根本就不发光。我们只能拍摄其周围产生的光(包括各种波段的辐射),通过合成处理后,来得到它的影像。
      黑洞周围积吸盘中的带电粒子会产生大量射电波。而拍摄黑洞时,科学家主要依赖的电磁波段也是射电波。这是因为其它波长的电磁波,包括X射线、可见光和红外线,都有局限性。而通过联合全世界的大量射电望远镜,我们可以获得非常理想的分辨率。银心黑洞的大小大约是37微弧秒,而这台全球性的虚拟望远镜分辨率可达15微弧秒。所以在理论上,我们完全能够拍到它。
      运用磁流体动力学原理模拟的黑洞积吸盘及其电磁信号表现。
      但是我们不知道积吸盘的朝向,甚至不知道银心黑洞是否只有一个积吸盘。通常人们印象中黑洞的积吸盘是一个圆盘,但谁也不敢担保黑洞周围的物质分布不是乱糟糟的一堆。积吸盘本身也不一定是均匀分布的,存在大部分物质聚集在黑洞一侧的可能。
      我们有理由期待会在黑洞照片中看到视界,但我们也有可能发现在其前方遮挡着什么东西。理想归理想,现实是现实。把这句话放这在黑洞身上也一样。黑洞的朝向很重要,也还会有很多不可预料的因素。这些因素决定了银心黑洞在我们的照片中会是什么样子。
      黑洞影像模拟。左边两帧的黑洞积吸盘正对着地球,而右边两帧的积吸盘侧对着地球。
      不过无论我们最终看到什么,它都是一个了不起的成就。是人类宇宙探索历程中的一个奇迹。让我们期待吧。
      星空天文系头条号签约作者
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