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黑洞2021/6/7 10:36:14 |
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讯，一谈到黑洞，很多人都会觉得可怕，就连光也难逃魔掌。近日，安徽师范大学物理与电子信息学院舒新文教授研究小组发现双黑洞吞噬恒星的罕见天文现象，当一个恒星运动到太靠近黑洞的位置时，会被其强大潮汐引力撕裂瓦解，进而被黑洞吞噬。
双黑洞吞噬恒星是怎么回事
11月28日从安徽师范大学获悉，近日，该校物理与电子信息学院舒新文教授研究小组，在一个河外星系中发现了一对互相绕转的超大质量双黑洞吞噬恒星的罕见天文现象。这是天体物理学家迄今为止在正常星系中发现的第二例超大质量双黑洞绕转系统。该研究成果近日以第一作者单位发表于国际顶级期刊《自然通讯》。主要合作者包括中科院国家天文台、中国科学技术大学、广州大学、上海天文台、中山大学以及北京大学的科研人员。
据了解，黑洞是广义相对论预言的天体，具有独特的时空结构，进入其视界面的所有物质包括光线都无法逃脱。当一个恒星运动到太靠近黑洞的位置时，会被其强大潮汐引力撕裂瓦解，进而被黑洞吞噬，同时释放出短暂的剧烈电磁波辐射，这被称为黑洞潮汐撕裂恒星事件。
对于一个本身就很难发现的休眠黑洞来说，发生黑洞潮汐撕裂恒星事件几乎是每个星系每10万年才会发生1次，概率为十万分之一。因此，即便是经过了30多年的研究，天文学家们也仅在少数几个活动的星系中找到了超大质量双黑洞，而能够捕捉到这种天文现象是极为罕见的。
黑洞喷流速度有多快?
自NGC5532发射出的喷流长达将近百万光年远。其中，光的速度是299792458米/秒。
在1998年，X射线源XTEJ1550-564曾进行过一场巨大的爆发。物质以接近光速的高速被送进太空，冲击附近的空气并加热它们，使它们在X射线波段产生炽热光芒。图中的左列影像，告诉我们这些X射线波段的热点从爆发至今已移动了3光年以上，残留下的喷流则已减弱至不可测。图中右侧的绘图则描绘出极可能产生X射线喷流的双星系统，我们可看到左边的一颗红色正常恒星，它大量抛出自身的物质到环绕着右边黑洞的吸积盘上。一般认为喷流就是沿着黑洞的自转轴喷射出来的。
中央的黑洞如何喷发出吸入物质原因仍不清楚，然而，在清空星系后，喷流将膨胀成巨大的无线电波泡泡，发出长达百万年的光芒﹔若一个经过的波前激发了它，这个无线电波泡泡在十亿年后甚至可以再度点亮。
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在广袤的宇宙中，存在着黑洞。在现代广义相对论中，黑洞是存在于宇宙空间中的一种天体。黑洞会发出耀眼的光芒，体积会缩小，甚至会爆炸，会喷射物体，发出耀眼的光芒。在常人的认知中，黑洞会吞噬宇宙中的一切。那么，黑洞可以吞噬太阳吗？
黑洞可以吞噬太阳吗
黑洞可以吞噬太阳。黑洞在宇宙里面是吞噬一切的存在，就连光走到它身边也逃不掉被吞噬的命运，并且黑洞的质量非常大，最小的都比太阳大三倍。不同的黑洞吞噬太阳需要的时间不一样，取决于黑洞质量的大小。
1916年，德国天文学家卡尔史瓦西通过计算得到了爱因斯坦场方程的一个真空解，这个解表明，如果一个静态球对称星体实际半径小于一个定值，其周围会产生奇异的现象，即存在一个界面——“视界”，一旦进入这个界面，即使光也无法逃脱。
黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程：某一个恒星在准备灭亡，核心在自身重力的作用下迅速地收缩，塌陷，发生强力爆炸。当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止，被压缩成一个密实的星体，同时也压缩了内部的空间和时间。
但在黑洞情况下，由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去，连中子间的排斥力也无法阻挡。中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末，剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。由于高质量而产生的引力，使得任何靠近它的物体都会被它吸进去。
美国宇航局约翰霍普金斯大学和罗切斯特理工学院的科学家最新证实了恒星级黑洞如何产生最高能量的光线，他们在一台超级计算机上模拟黑洞的气体吸积过程，重现了X射线喷流的形成，发现活跃的黑洞可产生强大的能量射线。
戈达德太空飞行中心天体物理学家杰里米·施尼特曼认为这项研究调查了位于黑洞周围温度高达10亿度气体的行为，气体分子、磁场间的相互作用显示出宇宙中最极端物理环境非常令人畏惧。
当气体逐渐落入黑洞周围的轨道时，会形成一个扁平的物质盘面，并开始呈现螺旋式下落，这一过程中气体等物质被剧烈压缩和加热，越接近中央的区域温度越高，可达到2000万华氏度，或为1200万摄氏度，是太阳表面温度的2000倍左右，并释放出低能量的软X射线。
科学家对黑洞的研究已经超过了40年，观测表明黑洞也会产生相关规模的硬X射线，如果高能量的射线意味着有着相当炙热的气体存在，温度可高达数十亿摄氏度。
这项研究在理论和观测之间建立了一座桥梁，表明硬X和软X射线都会在黑洞吸积气体的过程中被释放出来。约翰斯·霍普金斯大学教授朱利安·克罗利克等开发出一个黑洞吸积盘内部区域的模型，可以跟踪X射线的释放和移动，并与观测到的真实黑洞进行对比。
科学家计算出流入黑洞吸积盘的气体运动方程，并进行计算机模拟，发现下落气体的温度、密度以及速度都在急剧增加，这一过程还对吸积盘外部的气体行为构成影响。
位于得克萨斯高级计算中心的超级计算机参与了本项研究，科学家通过27天的模拟对黑洞吸积气体过程释放硬X射线有了进一步的了解，并推测吸积盘的物质在被加热后可形成冕环，该现象位于黑洞事件视界的边缘附近，由极高温度的X射线导致，在整个吸积盘和冕环发生的区域，科学家成功跟踪到X射线的释放，并第一次直接发现吸积盘上出现的磁场动荡以及由此所形成的10亿度冕环。
黑洞是目前已知最致密的天体，一颗典型的恒星在耗尽自身携带的燃料后在引力作用下发生坍缩，质量为20倍太阳质量的恒星将会形成宽度不到120公里的黑洞。
讯，一提到黑洞，想必大家都毛骨悚然。近日，有科学家团队探测到了两个黑洞碰撞产生的引力波信号，之后在2017年又宣布首次探测到两个中子星并合产生的引力波信号。据了解，引力波是爱因斯坦在1916年根据广义相对论所预言的一种神秘现象。
发现引力波是意义非凡的，这不仅又一次验证了爱因斯坦的广义相对论，还可能开启人类引力波天文学的新时代。引力波是发现了，但还有一个基本的问题等待解答——产生引力波的两个黑洞是如何发生碰撞与合并的呢?
两个黑洞要发生碰撞与合并，显然它们之间的距离要非常近。据估计，这个距离或许只有五分之一个天文单位(地球到太阳的平均距离)。要明白，这些黑洞的前身是大质量恒星，它们最终演化成两个黑洞并合二为一必然是一个匪夷所思的过程。
2015年，LIGO团队宣布他们首次探测到了两个黑洞碰撞产生的引力波信号，之后在2017年又宣布首次探测到两个中子星并合产生的引力波信号。这一次，在北京时间8月15日，LIGO团队宣布再次探测到一组引力波信号，并认为这次可能是由黑洞和中子星之间的碰撞产生的。
广义相对论预言了时空的涟漪——引力波的存在，但如果量子理论是正确的，那么引力波也应当表现出波粒二象性。到目前为止，科学家对于引力波的探测都只局限在其“波”的特性，组成引力波的粒子——引力子真实存在吗?我们要如何探测探测引力波的“粒子”特性呢?
2016年2月，LIGO发表了一项声明，彻底改变了人们对宇宙的图像：在10多亿光年之外，两颗质量分别为36和29个太阳质量的巨大黑洞相互旋进并合。这次并合事件的结果是产生了一个62个太阳质量的黑洞，根据爱因斯坦质能方程E = mc2，剩下的3个太阳质量转化为纯粹的能量，以引力波的形式在整个宇宙中荡漾。
自那之后，LIGO探测到的引力波信号数量已经上升到两位数，引力波如今也已经极大地加深了我们对宇宙的认识。然而，所有这些仍然只是根据广义相对论这一经典的引力理论得出的关于宇宙的信息。如果量子物理学是正确的，那么即便是对于引力波，波粒二象性也是真实存在的。接下来我们讨论这到底意味着什么。
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黑洞有寿命，质量越大的寿命越长，因为随着吸积质量的增加，它的引力会变小，但是无论大小黑洞都会死亡。因为黑洞吞噬物质的同时，也在不断向外辐射，这样以损失其质量做为代价，并且它蒸发得越多，奇点的质量就损失越快温度也会越高，温度越高，它辐射就越强。
小黑洞由于质量小，当它吸积的物质换算成能量总是小于它辐射的能量时，这时候温度会越来越高，质量会急剧减少，奇点的质量和它的引力不足以对抗辐射时，便发生黑洞爆发，以前吞噬过的物质以粒子的形式被抛向宇宙，黑洞也就寿终正寝。而质量大的黑洞比如星系黑洞，由于它蒸发得非常缓慢，所以寿命会非常地长。
黑洞是现代广义相对论中，存在于宇宙空间中的一种天体。黑洞的引力极其强大，使得视界内的逃逸速度大于光速。故而，“黑洞是时空曲率大到光都无法从其事件视界逃脱的天体”。
1916年，德国天文学家卡尔史瓦西通过计算得到了爱因斯坦场方程的一个真空解，这个解表明，如果一个静态球对称星体实际半径小于一个定值，其周围会产生奇异的现象，即存在一个界面——“视界”，一旦进入这个界面，即使光也无法逃脱。这个定值称作史瓦西半径，这种“不可思议的天体”被美国物理学家约翰阿奇博尔德惠勒命名为“黑洞”。
讯，近期，中国科学院国家天文台刘继峰、张昊彤研究团队发现迄今最大恒星级黑洞，这颗70倍太阳质量的黑洞远超理论预言的质量上限。据了解，黑洞一般分为恒星级黑洞、中等质量黑洞和超大质量黑洞。而恒星级黑洞是由大质量恒星死亡形成的。
北京时间2019年11月28日凌晨，国际科学期刊《自然》发布了中国科学院国家天文台刘继峰、张昊彤研究团队的一项重大发现。依托我国自主研制的国家重大科技基础设施郭守敬望远镜(LAMOST)，研究团队发现了一颗迄今为止质量最大的恒星级黑洞，并提供了一种利用LAMOST巡天优势寻找黑洞的新方法。这颗70倍太阳质量的黑洞远超理论预言的质量上限，颠覆了人们对恒星级黑洞形成的认知，有望推动恒星演化和黑洞形成理论的革新。
黑洞是一种本身不发光的神秘天体。任何物质，包括光也无法从它身边逃离。根据质量的不同，黑洞一般分为恒星级黑洞、中等质量黑洞和超大质量黑洞。这其中，恒星级黑洞是由大质量恒星死亡形成的，是宇宙中广泛存在的“居民”。理论预言银河系中有上亿颗恒星级黑洞，但迄今为止，天文学家仅在银河系发现了约20颗恒星级黑洞——而且都是通过黑洞吸积伴星气体所发出的X射线来识别的、质量均小于20倍太阳质量的黑洞。
2016年秋季开始，国家天文台领导的研究团队利用LAMOST开展双星课题研究，历时两年监测了一个小天区内3000多颗恒星。结果发现，在一个X射线辐射宁静的双星系统(LB-1)中，一颗8倍太阳质量的蓝色恒星，围绕一个“看不见的天体”做着周期性运动。不同寻常的光谱特征表明，那个“看不见的天体”极有可能是一颗黑洞。
研究人员随即进行了“确认”：他们通过西班牙10.4米口径加纳利大望远镜和美国10米口径凯克望远镜，进一步确认了LB-1的光谱性质，计算出该黑洞的质量大约是太阳的70倍。值得一提的是，在两年之久的监测时间里，LAMOST共为这项研究做了26次观测，累积曝光时间约40个小时。刘继峰表示，如果利用一架普通四米口径望远镜来寻找这样一颗黑洞，同样的几率下，则需要40年的时间——这充分体现出LAMOST超高的观测效率。
目前恒星演化理论预言在太阳金属丰度下只能形成最大为25倍太阳质量的黑洞。这颗新发现黑洞的质量已经进入了现有恒星演化理论的“禁区”。美国激光干涉引力波天文台(LIGO)从2015年起，通过探测引力波的方法发现了数十倍太阳质量的黑洞;2017年，雷纳韦斯、基普索恩和巴里巴里什因在LIGO的建造和引力波探测方面的贡献被授予诺贝尔物理学奖。LIGO台长大卫雷茨评论，“在银河系内发现70倍太阳质量的黑洞，将迫使天文学家改写恒星级黑洞的形成模型。这一非凡的成果，将与过去四年里美国激光干涉引力波天文台(LIGO)及欧洲室女座引力波天文台(Virgo)探测到的双黑洞并合事件一起，推动黑洞天体物理研究的复兴”。接下来，利用LAMOST极高的观测效率，天文学家有望发现一大批“深藏不露”的黑洞,开创批量发现黑洞的新纪元。
这项工作是基于LAMOST(中国兴隆)、加纳利大望远镜(西班牙加纳利群岛)、凯克望远镜(美国夏威夷)和钱德拉X射线天文台(美国)的观测数据完成的。本研究共包括55位作者，来自中国、美国、西班牙、澳大利亚、意大利、波兰和荷兰7个国家28家单位。
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