03.05 按理来说,星系中间应该是一个大黑洞,但为什么还会发光呢?

时间史


黑洞是一种特殊的宇宙天体,宇宙中大部分星系,包括我们居住的银河系的中心都隐藏着一个超大质量黑洞。这些黑洞质量大小不一,大约99万~400亿个太阳质量。天文学家们通过探测黑洞周围吸积盘发出的强烈辐射和热量推断这些黑洞的存在。



物质在受到强烈黑洞引力下落时,会在其周围形成吸积盘盘旋下降,在这一过程中势能迅速释放,将物质加热到极高的温度,从而发出强烈辐射。也就是说,黑洞之黑并非是黑白之黑,它指的是超大的质量,超大的吸引力,更有超级的亮度,超强的光度等。


由于黑洞是中心的一个密度无限大、时空曲率无限高、体积无限小,热量无限大的奇点和周围一部分空空如也的天区,这个天区范围之内不可见。依据爱因斯坦的相对论,当一颗垂死恒星崩溃,它将聚集成一点,这里将成为黑洞,吞噬邻近宇宙区域的所有光线和任何物质。然而,一项新的理论指出黑洞的死亡方式可能是以转变为白洞的方式进行的。理论上来说,白洞在行为上恰好是黑洞的反面——黑洞不断吞噬物质,而白洞则不断向外喷射物质;需要指出的是,这里的白洞之白也非黑白之白。


有趣的是,有些恒星不仅是朝着地球发出的光能直接到达地球,它朝其它方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球。这样我们不仅能看见这颗恒星的“脸”,还同时看到它的“侧面”、甚至“后背”,这是宇宙中的“引力透镜”效应。


亚马孙蝴蝶


并不是每一个星系的中间都有一个黑洞,一个星系也可能有很多黑洞。在宇宙漫长的历史中,很多大质量的恒星肯定已经燃尽了它们的核燃料并且坍缩了,所以黑洞的数目很巨大。我们的银河系中间是有一个大质量黑洞的,质量大约是太阳的10万倍。

黑洞本身是看不见,更加不发光的。我们看见发光的是类星体。一个类星体是一个被热气体盘(也叫吸积盘)环绕着的巨大黑洞。而热气体同时也被磁场所缠绕。

当缠绕在吸积盘上时,磁场就变成了将引力能想光和热转换的催化剂。磁场提供摩擦力,减缓了气体的圆周运动速度,降低了气体的离心力,使得气体向内运动,流向黑洞。黑洞的引力会加快它的轨道速度,增幅超过之前被摩擦力降低的。引力能转化为动能。磁场提供的摩擦力进一步将新增动能转化为光和热。这个过程不断循环。

因此观测到的黑洞的光环来自吸积盘上被加热的气体。磁场把气体中的电子加速到了极高能量,这些电子沿着磁力线做回旋运动,发出可以被人观测到的类星体的射电辐射。

这样的喷流是磁化了的热气体流,有时候比最亮的星系还要亮100倍。


最爱科学


根据天文学家观测,17%的星系中心都有一个黑洞,而且这个黑洞会发出比所有恒星都要亮几十万,几百万倍的光。但这些光并不是黑洞发光,而是黑洞视界之外发的光,并且黑洞周围也是恒星密集区,所以特别明亮。


黑洞的光

科学家也是凭借黑洞的视界范围(吸积盘)发出来的光才观测到它的存在。黑洞的吸积盘会发光是因为黑洞的强引力分裂为比粒子还小的物质,它们在分解过程中,同时随着吸积盘高速运转,物质之间相互碰撞和摩擦,于是释放出来巨大的能量。在黑洞的视界范围之外光线可以逃逸出去,如果到了视界范围之内,肉眼就看不到了。黑洞吸收的物质越多,吸积盘就会越明亮,而黑洞周围一般都有很丰富的物质。


银河系中心的半人马座A*就有一个直径2000公里的超级大黑洞,这个巨型黑洞不断向太空喷发光粒子,并以光速旋转。

这大概也是人类自身的局限性,眼睛只能感受到可见光,没有了光,肉眼只看到一片漆黑。


弄潮科学


事实上,目前还无法确定黑洞会不会发光

黑洞在宇宙中算是比较特殊的天体,那里面似乎存在着一切可能,整个银河系的天体都是围绕着中心那个大黑洞在转。而且它无所不吞,甚至宇宙到了后期只剩下一个黑洞,多么神奇。

目前科学家是根据引力透镜效果和γ射线探测器来判断那里是否出现黑洞,因为光线经过那里时会被强大的引力“掰弯”了,然后会留下光弧。除了旁边有一个若影若现的光圈外,它中心部分是很黑的,让人觉得里面深不可测,这是普通黑洞的现象。

那么我们为什么会看到黑洞很“亮”呢?这些亮的地方实际上都是在吸积盘范围上,由那些被撕碎的天体散发出的,其中包括爆炸,摩擦生热之类产生的。而在黑洞的核心是“类星体”,也就是视界内部,那里不就是黑的吗?


不过日本的天文学家Takuma Izumi经过实际观察和模拟结果,得知黑洞中的类星体或是高动态气体成分的复杂集合,然后推测黑洞或许会类似“喷泉”一样会喷出气体。

最后又回到为什么说不能完全确定黑洞不会发光呢?这就要提到“霍金辐射”,没错,就是霍金提出的,他认为黑洞里面的能量骚动很厉害,为了遵守前辈提出的能量守恒定律,认为有些光子会想办法从黑洞附近逃出去。这么说黑洞还是会发光的,只不过这个理论目前还没有被证实,因为没人探测到过。

所以,黑洞还是挺黑的,亮的部分是周边的天体被摩擦导致的。


知愈之行


答:相对于整个星系来说,星系中央黑洞是很小的;我们看到的星核,由大量恒星和星团组成,这些天体的分布非常密集,所以星系中心看起来很亮。


在大星系的中心,几乎都存在超大质量黑洞,黑洞本身是不发光的,但是黑洞的史瓦西半径,相对于整个星系来说微不足道;就拿我们银河系中央黑洞来说,400万倍太阳质量,对应的史瓦西半径大约为1000万公里。

而银河系直径差不多20万光年,是黑洞直径的1000亿倍,于是我们平常看到的银河系图片,如果把中央黑洞画上去的话,还没有一个氢原子大。


实际上,在星系中心附近,往往恒星密度较高,于是在远处看来,星系中心就比其他地方亮很多,这些光并不是黑洞发出来的,而是大量的恒星和星云发出来的。

就算在黑洞附近,也会因为黑洞的巨大引力,产生直径达数光年的吸积盘,吸积盘内的物质在黑洞引力下高速旋转,产生高能量的X射线等等,这也是人类发现黑洞的重要标志。


比如人类发现的第一个黑洞,就是科学家现发射未知的X射线源,然后经过寻找,才发现了距离地球6000光年外的“天鹅座X-1”,一旦有物质落入黑洞,就会产生强烈的X射线暴。


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不知道题主问题中的“它”指的是银河系还是黑洞,我们就分成两个问题分别来探讨一下。

一、银河系是明亮的

对于黑洞来说,它有一个视界。在视界之外,黑洞跟其他天体没有什么不同,都是依靠引力作用跟周围的物质和天体发生相互作用。所以我们看到,银河系中的恒星在围绕着银心黑洞在旋转,这跟我们地球围绕太阳旋转的道理是一样的。这些恒星都有自己的运行轨道,而不会掉入到黑洞当中。

只有那些距离黑洞很近,并且运动速度较低的天体,才会被黑洞吞噬,变成黑洞的一部分。所以说,一般黑洞周围会有很大一部分都不会有物质的存在,黑洞会一直吞噬它们,直到自己周围再也没有物质能够被它吞噬为止,黑洞就不再变大,停止了生长,稳定下来。

所以,我们能看到的银河系是明亮的,因为恒星运转在以黑洞为中学的轨道上,并没有被黑洞全数吞噬。

二、黑洞不黑

黑洞的黑在于其视界内部,黑洞内部的光无法逃出视界,所以我们很容易认为,黑洞既然不会有光逃出来,那么黑洞自然就应该是黑的。

其实不然。单就黑洞本身来说,黑洞并不是黑的,黑洞也存在着辐射。黑洞的类型包括自发辐射和霍金辐射,这是黑洞不黑的第一个原因。

第二个原因是,黑洞外面会有发光的等离子吸积盘。黑洞其实有很多类型:史瓦西黑洞(不带电、不旋转)、克尔黑洞(旋转黑洞)、纽曼黑洞(带电荷黑洞)、科尔纽曼黑洞(旋转带电荷黑洞)。

史瓦西黑洞的光来自黑洞辐射。但是这种黑洞其实我们很难探测得到,因为自发辐射和霍金辐射都比较微弱。

科尔纽曼黑洞外面都会包裹着厚厚的吸积盘。这种黑洞疯狂地旋转,吸积盘的物质发着炽烈的光。2019年4月11日发布的人类首张黑洞照片就是此类。

总结

从我们前面的分析可以看出,不论是银河系还是黑洞,其实都是明亮的,我们没有必要因为黑洞而害怕。

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郭哥聊科学


银河系中心确实是个超大质量黑洞,具有400万倍太阳质量。黑洞也的确是看不见的,因为这种天体的表面逃逸速度高于光速,连光都无法逃脱,我们当然是看不到了。

但我们能够看到的是其外围结构,黑洞周围有个分界线,在这个分界线之内,就是不可逃逸区,我们看不到,但在这个分界线之外,光是可以逃逸的。

这个界线就做事件视界,位于视界之外的行为,我们可以看到,比如吸积盘上的物质被加速、摩擦,辐射出光子。

我们看到的黑洞之所以明亮,也正是这个原因,黑洞周围的物质聚集在此,围绕着黑洞加速到光速,这里温度可高达数十亿度以上,远远超出恒星的温度。

所以我们看起来黑洞也很明亮,其实这只是一个外围结构。黑洞视界的里面,当然是看不到的,也不可能看到。


太空伊卡洛斯


一般我们看到的星系图片里,发光的中心都不是黑洞,而是星系的中心核球——一个恒星密度相当大的核心区域。



其实它是无数发光恒星组成的,并不是单个天体。由于引力作用,在星系或恒星系演化过程中,都是中心物质密度更大,外围物质密度较小,这就导致大量恒星在星系中心附近形成,形成一个数千光年直径的星系核球,而漩涡星系的悬臂就是从星系核球辐射出来的。

另一方面,由于星系中心天体聚集,偶尔就会有天体被中心黑洞的引力吸引而落入黑洞,而落入过程中往往都会围绕黑洞旋转而被黑洞潮汐力所撕裂形成吸积盘,此时会往往产生包括可见光在内的辐射,被撕裂的物质在慢慢落入黑洞的过程中还会产生更高能量的X射线辐射。银河系中心黑洞最早就是作为一个X射电源被发现的。


星宇飘零2099


星系中央的超大黑洞本身是不发光的 黑洞的event horizon事件界限内一团漆黑,光根本逃逸不出来。但是在世间界限之外的光是可以被我们观测到的。由于黑洞引力强大 所以黑洞周围有很多的恒星 这些恒星的光非常明亮,所以你就感觉星系中央非常明亮

以上说的是黑洞的普通状态,黑洞还有另一种状态是处于“进食”状态。顾名思义就是黑洞正在吞噬临近星体物质的时候的状态。我们把这种处于进食状态的黑洞称为“类星体 Quasar”。因为实在是太明亮了,比普通恒星要亮很多。类星体发光的主要原因是因为当黑洞在吞噬周围星体物质的时候由于大量物质的涌入,会产生一定的溢出效应。来不及吞入的物质气体云被黑洞的两极以极高的速度(大概是光速的1/4)喷射到深空,这种jet喷流会绵延几光年的长度 并且由于炙热的气体物质摩擦而变得异常明亮。



星灵号


其实,按理来说,星系中间也不应该是一个大黑洞,所谓黑洞应该 不发光才能称为洞。

为什么天文科学家又称其为黑洞,就是天文望远镜在观察遥远又辽阔的宇宙星系时,其高速旋转浓缩而成的旋涡而已;既然不能名副其实的称为洞,那么多的大大小小的太阳,被天文望远镜凝聚在一起,发光那是很正常的现象了。

我是这样想的。



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