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黑洞是空的还是实体的?

火星一号 948

前言:

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黑洞既不是一个超大质量的星球,也不是一个洞。根据广义相对论,黑洞是一种特殊的时空区域,特殊到可以把光束缚住。

说到黑洞,就要从恒星说起。目前理论认为,恒星级黑洞(质量为太阳几倍至几十倍)的前身是大质量恒星。当这些恒星无法维持核聚变反应之后,由于没有足够强的向外辐射压支撑,巨大的自身重力将会强烈压缩核心区域,即便是物质自身的结构也无法阻挡这种引力坍缩。最终,物质结构被完全破坏,它们都会坍缩到无穷小的奇点之中。

由于奇点的极端引力作用,奇点周围一定范围之内的空间被极度扭曲,导致光无法从这种扭曲空间中逃逸出来,这样的时空区域就是黑洞。可想而知,黑洞的表面逃逸速度为光速。天文学家把黑洞表面称之为事件视界,因为一旦跨过这个界限,处在黑洞之外的观察者将无法知晓其中的一切。需要强调的是,黑洞没有实体表面,它的结构是极度扭曲的空间包围一个中心奇点。

由于黑洞的极端引力场,物质和光被吸收之后无法逃逸出来,这使得黑洞无法像恒星那样被直接观测到。那么,天文学家又是如何找到黑洞的呢?

目前寻找黑洞的方法都是依赖于间接的方法。在某些双星系统中,质量超过太阳20倍的恒星会率先走向毁灭,最终演化成黑洞。如果能够观测到恒星在绕着一个不可见的致密天体旋转,并且还能观测到相应的电磁辐射,就能推断出黑洞的存在,第一被认定为黑洞的天体——天鹅座X-1,就是这么被发现的。

不过,近年来投入使用的事件视界望远镜(Event Horizon Telescope)可以对黑洞的轮廓进行直接观测。根据最近的消息,事件视界望远镜可能已经首次拍摄到了超大质量黑洞的事件视界,下周将会公布观测结果。如果结果就像预期那样,这将是现代天文学的又一里程碑。

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