既然黑洞看不见,那么凭什么说宇宙中存在黑洞?

未来探索菌



黑洞是大质量恒星在生命末期形成的一种特殊天体,黑洞拥有我们宇宙中最强大的引力,强大到连每秒三十万公里的光都飞不出黑洞的魔掌,所以在可见光阶段是无法直接观测到黑洞的存在的。

虽然黑洞无法被直接看见,但是因为黑洞有着巨大的引力,所以科学家如果看见一个天体围绕一个看不见的引力源运动,那么就能确定这个天体的周围存在一个黑洞,所以说黑洞的巨大引力反而“暴露”了黑洞的位置。


黑洞一词是由美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒发明的,但是最早意识到黑洞存在的是德国天文学家卡尔·史瓦西,史瓦西通过计算获得了爱因斯坦引力场方程的一个真空解,这个结果表明如果把大量的物质集中于一点,那么这些物质就会被自身引力坍缩成黑洞。

宇宙中的黑洞确实都是由大质量恒星坍缩而成的,我们都知道我们的太阳在生命会变成红巨星,而红巨星将来会变成白矮星,比我们太阳大一点的恒星在死亡后会变成中子星,而超过太阳质量8倍的恒星在死亡之后就会变成黑洞。

白矮星中子星和黑洞其实都是因为引力而坍缩形成的,不同的是黑洞的引力强大到把中子都压碎了,中子之后已经没有粒子可以“抵抗”这巨大的引力了,所以就产生了引力无限大的黑洞。


宇宙探索未解之迷


黑洞并不是一种永恒不变的天体,它同样会有个演化的过程,从最初的吸积开始,黑洞在这一时期会逐渐的变大,而当达到一个上限的时候,黑洞就会停止吸积,从而向外散发能量。

很早之前,人们对黑洞的理解并不多,认为黑洞会吸尽一切的物质,而且不会释放能量,但很快人们意识都,只进不出,黑洞中的物质如果不会释放出来,就违背的了能量守恒的定律。

因此霍金提出了一个假设,黑洞会朝外辐射能量,这就是著名的“霍金辐射”。“霍金辐射”的原理是,在黑洞吸积饱和后的过程中,黑洞会有一个蒸发的过程,那就是黑洞释放辐射的过程。

当一对正负粒子在黑洞附近瞬间产生时,一个粒子受到吸力进入了黑洞,而另一个粒子因为失去了对应的粒子,从而逃逸出了黑洞的范围,这个粒子携带着黑洞的能量。


川陀太空问答



在经典的广义相对论当中,黑洞是一种连光都逃脱不出来的天体。因为没有光逃脱和产生,所以黑洞看起来是一个完全黑色的球体。尽管不能直接看到黑洞,但是有很多方式间接判断。最直接的方式就是通过黑洞周围运动的天体来推断中心天体的质量,其后来推断质量密度,如果中心天体的质量密度远超其他可能的候选体,就可以推断中心天体很可能是黑洞。我们银河系中心的超大质量黑洞就是利用这种方式来推断的。而对于银河系中心的黑洞,天文学家还在利用黑洞阴影的方式来确认黑洞,利用亚毫米波望远镜进行观测,希望看到像《星际穿越》电影中黑洞的样子。


对于恒星量级的小质量黑洞,可以通过伴星的运动来推断主星的运动。如果主星是正常恒星的时候,通常会在光学或者其它的波段产生辐射,但是如果是黑洞或者中子星的时候,主要的辐射将会在X射线波段。通过伴星如果推断出来主星的质量大于3个太阳质量的话,通常就可以判断为黑洞了,因为中子星的质量不可能超过3个太阳质量的。到目前为止,通过此种方式,已经确认了大约20多个恒星级黑洞。


上面讲的这些方式,其实都不能完全确认黑洞。最直接的方式还是来自于引力波。2015年之后探测到的引力波,几个事例的波形都和黑洞相撞产生的波形完全符合,这可以说是对黑洞的最直接验证。


黑洞来客


黑洞,能够吞噬一切靠近的物质哪怕是光线,如果没有光线从黑洞中逃逸出来,我们确实看不到黑洞!

不过好在人类拥有无穷的智慧,很多时候(其实应该是大多数时候)天文学家们不需要直接看到某种天体才能确定它的存在!

不能看到黑洞,自然有其他的方法。其中常用的方法就是观测一些天体的异常运动规律来判断黑洞的存在!天文学家们也是通过这种方法发现超大质量黑洞的!

简单来说,如果宇宙中某些天体(主要是恒星)运动速度异常快,而且围绕着一个中心快速运转,通过计算可以得出中心天体的质量和体积,就可以知道是不是黑洞!

就好比即使我们看不到我们的太阳,但我们仍然可以通过地球,金星,火星等天体的运动规律来推测太阳所在位置到底是一个什么天体!

如果把我们的太阳换成一个同等质量大小的黑洞,对于地球和其他天体的影响并不大,只是我们不再有赋予我们生命的太阳光而已!

事实上,天文学家们观测到的绝大部分天体都不是通过直接观测到的,比如说所有的地外行星都不可能直接观测到!

同时,由于宇宙的浩瀚,很多事情我们都无法直接做到,比如测量地球的质量,太阳的体积和温度,我们不需要非得飞到太阳上然后插入太阳测量温度!


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