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宇宙中最有名的黑洞是:天鹅座X-1双星系统。
天鹅座X-1双星系统的X射线片,这是科学家们第一个怀疑是黑洞的天体。
美国宇航局马歇尔空间飞行中心的一个小组于2001年5月23日拍摄天鹅座X-1双星黑洞图片。2.天鹅座X-1的无线电波段图像。图像左侧(东侧)是一团稠密的气体云,属于星际尘埃物质。天鹅座X-1中的黑洞发出的强大喷流已经在这些气体云中吹出了一个“气泡”,向黑洞的北侧和西侧(右侧)膨胀。
黑暗深渊
“黑洞”是恒星演化的一个阶段,从本质上来说,黑洞就是物质的密度达到一定程度后的产物,恒星内部的核聚变停止后,内核的物质会在引力的影响下向着内部聚集坍塌,外部的物质会脱离恒星,这些物质往往会形成新的恒星,像太阳这样的恒星,因为质量不足,内核最终会演变成一颗“白矮星”,质量更高的恒星会演变成“黑洞”或者是“中子星”。
黑洞其实并不是黑色的,相反黑洞本身应该十分刺眼才对,当然物质掉入大质量黑洞时,会产生比较强的闪光,释放出一些信息,科学家根据这些信息发现了“类星体”,因为黑洞会吸收一切靠近它的光,本身不会辐射能量,在我们看来黑洞是“黑”的,黑洞的大小基本和恒星的质量挂钩,恒星的质量越高,演化出的黑洞就越大。
天文学家已经目睹了少数几个星系正在经历的突然的、快速的转变--从虚弱、昏睡的状态变成异常明亮的类星体。这种快速转变可能是由这些星系中心一种全新类型的黑洞活动造成。
9月18日发表在《Astrophysical Journal》上的研究详细描述了在9个月内观测到的6个低电离核发射线区(LINER)的情况。LINER星系在宇宙中是一种常见的固定物,天文学家一直以来都在争论它们是如何形成的以及它们的光来自哪里这些问题。一些天文学家认为,星系中心的一个微弱的超大质量黑洞赋予了这种特性,一些则人为星系中心外的恒星形成是它们发光的原因。
2018年,加州帕洛玛天文台安装了一个新的摄像头,叫Zwicky Transient Facility (ZTF)。研究团队利用该设备对一系列LINER星系进行了研究。由于ZTF能够探测到宇宙中亮度迅速变化的现象以及小行星等天体,所以天文学家在研究神秘的LINER星系和任何异常跃迁上得到了另一种方法。另外,该团队还通过哈勃、斯皮策和Swift太空望远镜以及一些美国天文台的数据的研究来追踪他们的观测结果。
通过仔细研究这些数据,他们发现LINER星系经历了从弱小状态到异常高能星系(类星体)的转变,并且这一速度远远快于预期。
马里兰大学天文学副教授、该研究论文的合著者Suvi Gezari在一份声明中说道:“理论上,类星体的形成需要数千年的时间,但这些观察结果表明,它的形成也可能非常快。它告诉我们,这个理论是完全错误的。”
由于类星体中心拥有超大质量的黑洞所以这种天体显得充满活力且非常亮。
其中,黑洞的质量可能是太阳的数十亿倍,它们是贪婪的野兽,用巨大的引力将气体、尘埃和碎片吸引到它们的周围并让它们绕着其转动。正是这一片区域让类星体变得如此明亮,有些可能比地球的母星系--银河系还要亮上几千倍。
但为什么这个团队发现的LINER星系会如此戏剧性地从弱星系转变为如此显眼的星系呢?这是一个待解之谜,这也是为什么研究人员认为这是一种全新类型的黑洞活动。不过这些数据倒是证实了LINER星系可以承载超大质量黑洞。
另外研究小组还注意到,在被研究的LINER星系中只有离星系中心最近的气体和碎片在发光,然而在其他类星体中,在离其星系中心更远的地方也有显示出了亮光。
对此,研究小组假设,他们也许捕捉到了类星体诞生前后的瞬间。这为天文学家绘制星系演化图提供了一种令人兴奋的新方法。
这篇论文的首席作者、马里兰大学研究生Sara Frederick说道:“任何星系都能在人类的时间尺度上改变自己的样子,这令人惊讶。而这些变化发生的速度比我们用目前类星体理论所能解释的要快得多。”
从内部研究一个星系可能是一件棘手的事情,但天文学家们仍旧设法去了解很多关于我们银河系的事情。科学家们认为,他们对我们星系--以及许多跟我们相似的星系--的了解之一是,其绕着一个黑洞旋转。以银河系为例,银河系中心天体被认为是一个超大质量黑洞。然而来自天体物理学家最新的研究暗示,Sgr A*(我们星系中心)可能还有位黑洞朋友。
在一篇新研究论文中,一组天体物理学家表示,他们通过对星系中心附近恒星运动的观察以此来更好地去了解正在发生的事情--尽管实际上并不能直接看到黑洞。
而在观测一颗特别著名的恒星S0-2的过程中,研究小组指出,虽然目前还没有确凿的证据证明主黑洞周围有一个小型黑洞伴星,但也不能排除这种可能性。
接下来,对恒星的观测将不再是科学家们武器库中唯一的工具,未来他们将会拥有一种被称为LISA(激光干涉仪空间天线)的先进探测器。目前它正在开发中,等到部署之后将可能为科学家带来新的发现,从而揭示在我们星系中心还存在着第二个黑洞。
研究伽马射线发射的天文学家发现,某些活跃的星系似乎在以有规律的模式发出爆炸。研究小组指出,这可能是星系中心有两个超大质量黑洞的迹象。传统观点认为,潜伏在大多数星系中心的是一个超大质量黑洞。银河系就是一个完美的例子--Sagittarius A*距离地球约26,000光年,质量约为太阳的400万倍。
虽然人们普遍认为星系只存在一个超大质量黑洞,但某些星系可能存在两个超大质量黑洞在理论上却是行得通的。现在,一个国际研究小组就发现了可能是这种情况的首个证据。该团队当时正在研究活动星系核(AGN)的伽马射线发射。这些高能天体位于星系中心,当那里的黑洞吞噬物质时则会释放出大量的光。
大多数情况下,这些辐射是随机发生的。但研究小组却在其中发现了一些重复的可预测模式,这表明它们背后存在某种新的机制。
据悉,研究人员对NASA费米伽马射线太空望远镜上的大面积望远镜收集到的十年数据展开了研究。通过回顾这段时间,研究小组发现了伽马射线信号的长期模式,而这些模式在较短的观测过程中会被忽略。
在此过程中,研究人员用循环伽马射线信号记录下了11次AGN,平均每两年重复一次。不过考虑到2000多个星系的研究对象,这个数字显得非常小。
这项研究的论文合著者Sara Buson表示:“以前,我们只知道拥有两个耀变星体的伽马射线亮度会周期性变化。多亏了我们的研究,我们可以自信地说,这种行为存在于其他11种来源中。此外,我们的研究还发现了其他13个有周期性发射迹象的星系。但要确定这一点我们则需要等待更多来自Fermi-LAT(望远镜)的数据。”
那么到底是什么导致这些信号像时钟一样地重复?对于研究人员来说,他们在未来的工作中需要对几个理论展开研究。
该项研究的论文作者之一Marco Ajello指出,他们目前考虑了几种可能性--从由喷射产生的灯塔效应到物质流变化再到黑洞,但在解答这种周期性现象时一个非常有趣的答案则是一对超大质量黑洞的旋转,“了解这些黑洞与其环境的关系对于星系形成的完整图景至关重要。”
随着仪器在未来几年收集更多的数据,答案可能会浮出水面。
形状的猜测
黑洞并不是真的洞,而是一个天体。黑洞是引力太大,以至于光都无法逃逸。所以,人类无法借助于光学直接观测黑洞。
黑洞仍然是一个天体,它具有引力,四面八方的引力必然让黑洞具备球状的外形。
体积的猜测
我们知道黑洞的引力特别大,原因在于黑洞质量特别大,在黑洞表面,光都无法逃逸,但是这并不意味着黑洞这个天体没有体积。黑洞也是存在体积的,在球心处的引力互相抵消了。所以,在黑洞体积范围内,引力是离球心越远越大。如下图。
密度的猜测
黑洞存在体积,存在质量,那么就肯定存在密度,用质量除以体积就是平均密度。但是这个密度显然并不平均。黑洞在还没成为黑洞的时候,有正常的体积、质量和密度。随着它不断吸收新天体,质量变大,引力变大。到达一定程度后,引力过大造成内层的坍塌、压实。在临界范围内,黑洞的内芯,其密度要小于外层的。存在一个临界层,这层物质互相压实,形成壳状结构,保护了内芯。外层在引力的作用下继续坍塌压实,密度变大。
物相的猜测
黑洞表层的引力巨大,黑洞物体之间必然存在着巨大的压力,这个压力足以压馈地球上的所有固态物体。
我们以固体为例,压力的增大,首先将物体压成粉末(脆性材料)和小球(韧性材料)。压力继续增加,此时宏观已经无法描述了,进入原子级别。巨大的压力,大大拉近了原子间的距离。此时,已经不能用固态来描述了。具体什么“态”,还真不好说。可以肯定的是,这个“态”被压得很结实。
对黑洞常见的外观误解
像上图这样,艺术家们将黑洞描绘为一个盘状气体中心的凹陷是不科学的。
黑洞实际的引力透镜效应会强烈扭曲其实际物理外形。下面是一个比较精确的对射手座A*的视觉描绘(排除了周围高速旋转的恒星)——
上图:具有环形电离环的非旋转黑洞的预测外观,此外观预测被提出作为射手座A *的模型。此图像上的不对称性是由于平衡黑洞极强的重力离心效应所需的巨大轨道速度所导致的多普勒效应造成的。
如果用一个简单的形象来描绘黑洞,我想说,它更像章鱼那外表慵懒但内心机敏的眼睛。o(* ̄︶ ̄*)o
上图:章鱼的眼睛是不是有点神似(应该看负片才像)?
但是,黑洞必定不会是孤独的,他强大的吸引力牵引着一大帮“铁粉拥趸”围绕在它的周围。
上图:钱德拉X射线望远镜早前对射手座A *的拍摄的动图,在此波段黑洞反而显示为一个亮点,但显示出一种蠕动的光芒,那实际上是因为它周围围绕了大量的恒星高速旋转形成的。
因为黑洞周围还存在大量的吸积物质,甚至形成吸积盘。从某种意义来说,我们的银河系就是射手座A*黑洞的吸积盘。我们就生活在它的吸积盘里面。
在黑洞吸积盘内侧,摩擦会导致角动量向外输送,使物质进一步向内坠落,从而释放能量并提高气体温度。当有高密度天体与黑洞视界摩擦时,发生的交互会更加剧烈,以至于会放射出强烈的X射线暴,但这个情况并不存在于我们银河系中心的巨型黑洞,目前科学家认为我们的射手座A *(代号:Sgr A *)黑洞处于一种相对稳定的休眠状态,它并未在剧烈地吞噬高密度物质。
对射手座A *的观测
天文学家一直无法在光谱中观察到Sgr A *,因为它与地球之间的尘埃和气体导致了25度的光度差异。几个研究小组试图使用超长基线干涉测量法(VLBI)在无线电频谱中对射手座A *进行成像。目前分辨率最高(约30μs,单位微弧秒)的测量波长为1.3 mm,表明光源的总角度大小为50μs。在26000光年的距离外,直径为6000万公里。(参考下:地球距离太阳1.5亿公里,水星距离太阳近4600万公里)
上图:Sgr A *和最近一次爆炸产生的两个轻微回波(两个圈的区域)
2016年,事件视界望远镜拍摄了射手座A *的直接无线电图像,但截至2019年,数据仍在处理中,图像就等明日发布。事件视界望远镜使用干涉测量法来组合从地球上不同位置的具有大的间隔距离的天文台拍摄的图像,以获得更高的图像分辨率。希望测量结果能够比以前更严格地测试爱因斯坦的相对论。如果发现相对论与实际观察之间存在差异,那么科学家们就能确定在黑洞附近该理论可能受到破坏。
到此,以上就是小编对于欧洲杯冠军黑洞小组的问题就介绍到这了,希望介绍关于欧洲杯冠军黑洞小组的5点解答对大家有用。
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