黑洞是外層空間最迷人的現(xiàn)象之一，一度引起無限的遐想，科學(xué)家們一直在努力對黑洞進(jìn)行研究，也獲得了不少黑洞知識?，F(xiàn)在天文學(xué)家發(fā)表了一篇新研究論文，記錄了一次罕見的可見黑洞碰撞，碰撞產(chǎn)生了一道閃光，使科學(xué)家能夠從地球上看到這一事件。從《星際迷航》到《神秘博士》…無數(shù)科幻小說經(jīng)常將黑洞融入故事情節(jié)，這在很大程度上是因?yàn)槿匀挥刑辔覀儗诙床恢赖臇|西。

但是亞歷山大·維倫金絲毫沒有被這個龐大而復(fù)雜研究主題嚇倒，倫納德和簡·霍姆斯·伯恩斯坦教授在塔夫斯大學(xué)物理和天文學(xué)系從事進(jìn)化科學(xué)研究，幾十年來他一直在研究理論宇宙學(xué)，包括暗能量、宇宙弦和多重宇宙，如果有人能幫助解開圍繞黑洞的一些謎團(tuán)，那他應(yīng)該就是其中之一。為了更接近這些宇宙“巨人”的真面目，這里有三個關(guān)于黑洞的事實(shí)可能讓你頭暈?zāi)垦?，但你值得學(xué)習(xí)和了解。

黑洞大得令人費(fèi)解

黑洞通過它們的大小和質(zhì)量，或黑洞所擁有的物質(zhì)數(shù)量來衡量，一個中等大小的天體黑洞質(zhì)量可能比太陽大20倍。然而，黑洞內(nèi)部的引力是如此強(qiáng)大，以至于它將所有的質(zhì)量“凝聚”在一個直徑只有20英里的球體，與其他普通天體相比，非常不同。

黑洞質(zhì)量可以劃分為微型黑洞，中等質(zhì)量黑洞，大質(zhì)量黑洞，超大質(zhì)量黑洞等，其中超大質(zhì)量黑洞通?？赡苡?0億倍太陽質(zhì)量。每個大型星系，包括銀河系，其中心都至少有一個超大質(zhì)量黑洞。就超大質(zhì)量黑洞而言，銀河系中心的黑洞相當(dāng)小，只有幾百萬倍太陽質(zhì)量。有記錄最小的天體黑洞實(shí)際上很小，其質(zhì)量僅為太陽的四倍。

黑洞可以合并

彼此靠近的黑洞往往會漂移得更近，發(fā)生的情況是：這些黑洞在引力的作用下互相依附，并開始圍繞彼此旋轉(zhuǎn)。它們形成一個雙星系統(tǒng)，當(dāng)它們旋轉(zhuǎn)時，它們將逐漸因引力輻射而失去能量。它們彼此將靠得越來越近，圍繞彼此旋轉(zhuǎn)的速度越來越快，最終雙星黑洞會合并，并釋放出引力波。到目前為止，還沒有觀測到超大質(zhì)量黑洞的碰撞，但天文學(xué)家已經(jīng)觀察到許多中小型黑洞的碰撞。

遺憾的是不能通過望遠(yuǎn)鏡看到這樣壯觀的碰撞，無論望遠(yuǎn)鏡有多高的分辨率，因?yàn)楦緵]有光可以從黑洞事件視界內(nèi)逃逸出來。然而，使用非常靈敏，非常大的引力波探測器，科學(xué)家可以探測和測量黑洞發(fā)出的引力波。這些波就像時空中的漣漪，收集到的數(shù)據(jù)講述了數(shù)百萬光年或數(shù)十億光年外發(fā)生的事情。黑洞在其雙星系統(tǒng)中運(yùn)行時發(fā)出的引力波通常太弱，無法被探測到。

但當(dāng)黑洞即將合并時，以及當(dāng)黑洞最終合并形成更大的黑洞時，就能探測到發(fā)出的引力波。引力輻射爆發(fā)持續(xù)的時間很短，但它們以某種模式出現(xiàn)，當(dāng)天文學(xué)家看到這種模式時，就可以確定它是黑洞碰撞產(chǎn)生的，并計算出它們的質(zhì)量和距離有多遠(yuǎn)。2019年9月美國國家航空航天局(NASA)宣布，天文學(xué)家在距離地球約10億光年的一個系統(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)了三個處于碰撞路線上的超大質(zhì)量黑洞。

黑洞有一條不歸路

黑洞有所謂的事件視界，把這個想象成黑洞的表面，任何東西都不能從表面下逃脫，包括光。那么，例如，當(dāng)一艘宇宙飛船跨過視界時會發(fā)生什么呢？假設(shè)飛船在接近黑洞時向我們發(fā)送光脈沖，當(dāng)飛船接近視界時，脈沖會變得越來越弱，它們之間的間隔也會變得越來越長。當(dāng)宇宙飛船非常接近視界時，我們看到它就好像被凍結(jié)了一樣，我們永遠(yuǎn)不會看到宇宙飛船真正進(jìn)入視界之下，因?yàn)楣饩€不能從那里逃逸。

那宇宙飛船里的旅行者呢？當(dāng)宇宙飛船接近事件視界時，他們不會注意到任何特別的東西，他們?nèi)匀粫吹轿覀?。然而，一旦它們越過事件視界，這就是一個不可逆轉(zhuǎn)的點(diǎn)，已經(jīng)不能掉頭就走，只能向黑洞中心移動。引力將變得越來越強(qiáng)，由于引力將物體向一個方向拉伸，宇宙飛船將會變得面目全非。最終，這艘宇宙飛船將擊中中心點(diǎn)（實(shí)際上是已經(jīng)變成基本粒子的飛船了），也就是所謂的奇點(diǎn)。

從數(shù)學(xué)上講，奇點(diǎn)是引力變得無限強(qiáng)的地方，所以時空的曲率變得無限大，目前還不知道奇點(diǎn)到底發(fā)生了什么，但宇宙飛船和里面的一切都將在船達(dá)到奇點(diǎn)之前很久就被摧毀成基本粒子了。

博科園｜研究/來自：塔夫茨大學(xué)

關(guān)注【深圳科普】微信公眾號，在對話框：
回復(fù)【最新活動】，了解近期科普活動
回復(fù)【科普行】，了解最新深圳科普行活動
回復(fù)【研學(xué)營】，了解最新科普研學(xué)營
回復(fù)【科普課堂】，了解最新科普課堂
回復(fù)【科普書籍】，了解最新科普書籍
回復(fù)【團(tuán)體定制】，了解最新團(tuán)體定制活動
回復(fù)【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回復(fù)【觀鳥知識】，學(xué)習(xí)觀鳥相關(guān)科普知識
回復(fù)【博物學(xué)院】，了解更多博物學(xué)院活動詳情