黑洞是如何形成如此明亮的類星體的?

心我在人就在


黑洞是宇宙的謎團:在空間的某個區域,如此多的質量被收集到如此微小的體積中,以至於沒有任何東西能逃脫它的引力,甚至光也逃不掉。無論黑洞視界中的物體獲得多少能量或速度,它永遠都無法脫離並影響到宇宙之外。

有一個問題特別有趣:當超大質量黑洞“吃”得太多、太快時,它們怎麼可能發射類星體呢?

這是可以想象到的最奇怪的現象之一:黑洞,一個什麼都逃不掉的物體,產生了有史以來最明亮的一類物體。

類星體是一個非常有趣的物體,如此有趣,以至於當我們第一次看到它們時,我們不知道它們實際上是什麼。隨著射電天文學的出現,我們開始在無線電頻率中發現這些令人難以置信的明亮源。然而,當我們觀察其他波長的光——可見光、X射線、紫外線、紅外線、微波——時,我們什麼也沒看到。由於某種原因,這些無線電源,這些點狀的,集中的無線電源,沒有任何其它信號。我們給他們取名為準星體無線電源(QSRS),或類星體。

隨著時間的推移,我們開始發現類星體的一些有趣的特性:

  • 它們都位於非常遙遠的地方,巨大的紅移遠遠超過了其他現代觀測的極限。

  • 他們亮度表明,宇宙中發生了比目前所見的任何事情都更有活力的事情。

  • 最後,這些物體看起來有些不同,這取決於它們是如何面向我們的。

最終,我們的觀測工具得到了足夠的改進,我們開始發現類星體和其他一些類星體之間的相似之處:活動星系核(AGNs)、耀變體(blazars)和磁星。

我們意識到,在所有這些物體中都發生了同樣的普遍現象:銀河系中心的一個超大質量黑洞不知何故以物質為食,並將大量物質、能量和(無線電)光射入太空。最後,我們的觀測得到了足夠的改進,我們也能夠探測到這些類星體的宿主星系,甚至是那些位於數十億光年之外的星系。

但這是怎麼發生的呢?這些超大質量黑洞究竟是如何釋放出這麼多能量的?它們不應該吸收,或者吸收所有的物質和能量嗎?畢竟,這是我們對黑洞所瞭解的一件事:它們把所有東西都吸進去,而且無法逃脫。

好吧,這是真的,沒有逃避,但至於“吸吮一切”,這是個謊言。你所看到的插圖和可視化效果——包括上面美國宇航局製作的視頻——是完全錯誤的。相反,如果你在事件視界之外,接近黑洞和接近任何其他引力源沒有區別。如果太陽被一個質量完全相同的黑洞——1.99×10^30千克——秘密地取代,地球和所有行星將以它們現在移動的完全相同的方式繼續它們的軌道。

可以說,類星體之所以這樣做,是因為這些難以置信的大質量可以將它們附近的物質加速到非常快的速度。

物質本身在黑洞周圍形成一個吸積盤,在那裡它被加速到如此之快,以至於它們發出許多不同頻率的輻射,包括在無線電。我們還看到兩個垂直於吸積盤的“裂片”,它們是以相對論速度噴射的加速物質噴流。我們稱之為耀變體(blazars)的星系源恰好指向我們的一個波瓣/噴流,而其他活動星系則傾向於指向另一個波瓣/噴流。

類星體像它們一樣閃耀,因為它們吞噬的東西被拉伸成碎片,被不可抗拒的引力加速。它們釋放出如此多的能量,是因為物質與其他物質相互作用,升溫,除了發射輻射外別無選擇。它們在如此遙遠的距離上是可見的,因為它們是數億甚至數十億倍於太陽質量的黑洞,吞噬了數百萬太陽質量的物質。


科技領航人


在恆星雲集的中必,必有一黑洞,當它吞噬物質時吸積盤會放射出耀眼的光芒。


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