01.28 錢德拉太空望遠鏡”可以探測到類星體發出的“x射線”

黑洞誕生於垂死的恆星,而大多數黑洞的直徑只有30公里,科學家們發現有些黑洞更為龐大,它們叫做“超大質量黑洞”。與整個太陽系的大小相當,甚至其中之一就潛伏在銀河系的中心,我們的太陽系位於銀河系之中,銀河系由包括太陽在內的數10億恆星構成,

所有恆星都圍繞著銀河系中心的一片神秘區域旋轉。

銀河系中心是“超大質量黑洞”

位於夏威夷·莫納克亞山的“凱克望遠鏡”,能夠觀測到銀河系的中心,科學家用紅外望遠鏡觀測銀河系,他們發現了一個擁有數百萬成員的高密度恆星群,15年間“凱克望遠鏡”拍攝到的數千張照片,可以追蹤到銀河系中心的恆星,圖片揭開驚人的事實,銀河系中心的恆星以數百萬公里的時速高速移動。

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圖解:“凱克望遠鏡”15年對銀河系中心擁有數百萬成員的高密度恆星群的影像追蹤

它們看起來就像繞著隱形太陽高速旋轉的微小行星,但是它們並非行星,而是恆星。一定有非同尋常的引力牽引,這些巨星沿著如此靠近中心的軌道高速轉動,宇宙中只有一種物體具有如此大的牽引力,那就是“超大質量黑洞”。在銀河系的中心存在一個,質量為太陽400萬倍的黑洞。

這是一個重大的發現,銀河系中的萬物,包括我們的太陽都在圍繞著一個“超大質量黑洞”運行,但是黑洞並非只存在於銀河系中,宇宙中很多星系的中心都存在超大質量黑洞。仙女星系是離我們最近的鄰居,它繞著一個比太陽重1.4億倍的黑洞旋轉,“M87”星系中心的黑洞,是太陽重量的200億倍。

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圖解:“M87”星系團中心黑洞

黑洞是怎樣變得如此巨大?它們又是為何存在於銀河系中呢?

宇宙剛剛誕生的時候,那時候宇宙充斥著大爆炸殘留的氣體雲,一些地方擁有濃稠的星際氣體,從而形成了數百萬顆恆星,最初的恆星中多數都是“超大質量恆星”,它們溫度極高,燃燒速度也快,它們在爆炸後產生了大量的黑洞, 引力將許多黑洞牽引到了一起,在早期宇宙中它們相互合併,形成更大的黑洞,數億年間黑洞不斷增長,產生更大的引力,拖入越來越多的星際氣體,新的恆星從氣體中誕生,形成了原始的星系,黑洞不斷吸入氣體,直到吞不下任何東西,直至宇宙中最強大的能量噴發。

一個年輕的星系就是由氣體中,誕生的恆星構成的星團,新的星系中心存在一個年輕的“超大質量黑洞”,通過吞噬氣體而不斷成長,當星系很年輕正在成形之時,中心形成了一個超大質量的黑洞,而氣體不斷墜落其中,繼續形成星系,在中心黑洞附近,物體變得非常炙熱,物質不斷升溫度,氣體飛速進入黑洞,但是

黑洞變得過於飽和,不再有空間,可供多餘的炙熱氣體進入,無法進入的氣體被黑洞吐出,噴入太空形成巨大的能量流,每束能量流都比我們的太陽系寬20倍,它們在銀河系中一路飛馳,所向披靡,這個超大質量黑洞點燃了一個“類星體”。

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“類星體”是宇宙中最亮的物體,它們的亮度很高,令整個星系黯然失色

“M87星系”中的類星體噴發的照片,說明這次的噴發是十分猛烈的,它距離地球5000萬光年。類星體從所在星系噴出大量星際氣體,每分鐘噴出的氣體總量相當於10個地球,氣體受熱膨脹向外擴散,規模很巨大,產生了“黑洞風”,也就是從黑洞噴出的氣體。

黑洞吸入氣體,“類星體”將氣體噴出,最終宇宙中沒有多餘的氣體來製造恆星,氫氣也就停止了成長。星系最終的規模取決於其中心的黑洞,二者休慼相關。失去了氣體原料,類星體逐漸萎縮並消失了,星系中心只剩下一個超大質量黑洞和許多年輕的恆星,銀河系年輕的時候就是這樣

在銀河系早期,當它還是個年輕星系的時候,銀河系中心的超大質量黑洞就是一顆類星體,但現在銀河系成長起來了,整個星系安靜下來了。

如今天文學家正在尋找類星體,找到黑洞弄清其運轉方式的重要線索,

“錢德拉太空望遠鏡”可以探測到類星體發出的“x射線”,它已經找到了數千個類星體,各種形狀的類型體,像太空噴發射線的景象,每個類星體都是年輕星系的雛形,並且在它們中心都存在一個新生的黑洞。

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超大質量黑洞的“事件視界”

超大質量黑洞和類星體制造了星系並控制著整個星系,黑洞對於理解星系的形成極為重要,是瞭解星系演化史的關鍵,進一步瞭解黑洞的唯一辦法,就是更加細緻的觀察它,因此天文學家們試圖採取新的方法,拍攝銀河系中心的黑洞,為此他們需要一臺像地球一樣大的望遠鏡

銀河系的中心存在一個超大質量黑洞,它藏身於圍繞銀河系中心旋轉的星團之中,多數星系中心都隱藏著一個超大質量黑洞,它們確實存在,因為繞其轉動的恆星速度高達每小時數百萬公里,還是有可能對黑洞邊緣也就是“事件視界”進行拍照。在黑洞旋轉的氣體雲中, 尋找黑洞的影子或者大致形狀,光學望遠鏡不能直接觀測到黑洞,但是黑洞周圍的發光熾熱氣體會發射出無線電波,大型無線電望遠鏡能夠接收到這些來自太空的信號。

位於波士頓附近麻省理工學院的天文望遠鏡,足有30米寬,足夠探測到銀河系黑洞,從25000光年之外發射的非常微弱的無線電輻射,但這架望遠鏡規模太小無法成像。

從夏威夷到智利再到非洲多爾曼的團隊,將全球的無線電望遠鏡連接起來,研究人員有了一個直徑超過16000公里的虛擬圓盤,觀測能力是單個望遠鏡的500倍,虛擬望遠鏡足夠強大,可以拍攝到銀河系中心,超大質量黑洞的“事件視界”,收集到了從銀河系黑暗中心發來的信號,不斷加強望遠鏡的全球聯網,就會改善圖像的質量,黑洞的輪廓將最終顯現出來,2019年首張黑洞照片橫空出世了

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圖解:史上第一張黑洞圖片來自“M87”星系

結語

在遙遠的未來,我們或許可以掌握進入和穿越黑洞的技術,甚至可以在穿越黑洞的旅程中倖存下來,黑洞可能是通向其它宇宙的通道,在黑洞的另一端可能也發生過大爆炸,如果大爆炸就是黑洞的反面,似乎就解釋了宇宙誕生的奧秘。


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