既然黑洞看不見,那麼憑什麼說宇宙中存在黑洞?

未來探索菌



黑洞是大質量恆星在生命末期形成的一種特殊天體,黑洞擁有我們宇宙中最強大的引力,強大到連每秒三十萬公里的光都飛不出黑洞的魔掌,所以在可見光階段是無法直接觀測到黑洞的存在的。

雖然黑洞無法被直接看見,但是因為黑洞有著巨大的引力,所以科學家如果看見一個天體圍繞一個看不見的引力源運動,那麼就能確定這個天體的周圍存在一個黑洞,所以說黑洞的巨大引力反而“暴露”了黑洞的位置。


黑洞一詞是由美國物理學家約翰·阿奇博爾德·惠勒發明的,但是最早意識到黑洞存在的是德國天文學家卡爾·史瓦西,史瓦西通過計算獲得了愛因斯坦引力場方程的一個真空解,這個結果表明如果把大量的物質集中於一點,那麼這些物質就會被自身引力坍縮成黑洞。

宇宙中的黑洞確實都是由大質量恆星坍縮而成的,我們都知道我們的太陽在生命會變成紅巨星,而紅巨星將來會變成白矮星,比我們太陽大一點的恆星在死亡後會變成中子星,而超過太陽質量8倍的恆星在死亡之後就會變成黑洞。

白矮星中子星和黑洞其實都是因為引力而坍縮形成的,不同的是黑洞的引力強大到把中子都壓碎了,中子之後已經沒有粒子可以“抵抗”這巨大的引力了,所以就產生了引力無限大的黑洞。


宇宙探索未解之迷


黑洞並不是一種永恆不變的天體,它同樣會有個演化的過程,從最初的吸積開始,黑洞在這一時期會逐漸的變大,而當達到一個上限的時候,黑洞就會停止吸積,從而向外散發能量。

很早之前,人們對黑洞的理解並不多,認為黑洞會吸盡一切的物質,而且不會釋放能量,但很快人們意識都,只進不出,黑洞中的物質如果不會釋放出來,就違背的了能量守恆的定律。

因此霍金提出了一個假設,黑洞會朝外輻射能量,這就是著名的“霍金輻射”。“霍金輻射”的原理是,在黑洞吸積飽和後的過程中,黑洞會有一個蒸發的過程,那就是黑洞釋放輻射的過程。

當一對正負粒子在黑洞附近瞬間產生時,一個粒子受到吸力進入了黑洞,而另一個粒子因為失去了對應的粒子,從而逃逸出了黑洞的範圍,這個粒子攜帶著黑洞的能量。


川陀太空問答



在經典的廣義相對論當中,黑洞是一種連光都逃脫不出來的天體。因為沒有光逃脫和產生,所以黑洞看起來是一個完全黑色的球體。儘管不能直接看到黑洞,但是有很多方式間接判斷。最直接的方式就是通過黑洞周圍運動的天體來推斷中心天體的質量,其後來推斷質量密度,如果中心天體的質量密度遠超其他可能的候選體,就可以推斷中心天體很可能是黑洞。我們銀河系中心的超大質量黑洞就是利用這種方式來推斷的。而對於銀河系中心的黑洞,天文學家還在利用黑洞陰影的方式來確認黑洞,利用亞毫米波望遠鏡進行觀測,希望看到像《星際穿越》電影中黑洞的樣子。


對於恆星量級的小質量黑洞,可以通過伴星的運動來推斷主星的運動。如果主星是正常恆星的時候,通常會在光學或者其它的波段產生輻射,但是如果是黑洞或者中子星的時候,主要的輻射將會在X射線波段。通過伴星如果推斷出來主星的質量大於3個太陽質量的話,通常就可以判斷為黑洞了,因為中子星的質量不可能超過3個太陽質量的。到目前為止,通過此種方式,已經確認了大約20多個恆星級黑洞。


上面講的這些方式,其實都不能完全確認黑洞。最直接的方式還是來自於引力波。2015年之後探測到的引力波,幾個事例的波形都和黑洞相撞產生的波形完全符合,這可以說是對黑洞的最直接驗證。


黑洞來客


黑洞,能夠吞噬一切靠近的物質哪怕是光線,如果沒有光線從黑洞中逃逸出來,我們確實看不到黑洞!

不過好在人類擁有無窮的智慧,很多時候(其實應該是大多數時候)天文學家們不需要直接看到某種天體才能確定它的存在!

不能看到黑洞,自然有其他的方法。其中常用的方法就是觀測一些天體的異常運動規律來判斷黑洞的存在!天文學家們也是通過這種方法發現超大質量黑洞的!

簡單來說,如果宇宙中某些天體(主要是恆星)運動速度異常快,而且圍繞著一箇中心快速運轉,通過計算可以得出中心天體的質量和體積,就可以知道是不是黑洞!

就好比即使我們看不到我們的太陽,但我們仍然可以通過地球,金星,火星等天體的運動規律來推測太陽所在位置到底是一個什麼天體!

如果把我們的太陽換成一個同等質量大小的黑洞,對於地球和其他天體的影響並不大,只是我們不再有賦予我們生命的太陽光而已!

事實上,天文學家們觀測到的絕大部分天體都不是通過直接觀測到的,比如說所有的地外行星都不可能直接觀測到!

同時,由於宇宙的浩瀚,很多事情我們都無法直接做到,比如測量地球的質量,太陽的體積和溫度,我們不需要非得飛到太陽上然後插入太陽測量溫度!


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