黑洞通向哪里?
首先,让我们从认识黑洞开始。
黑洞形成于质量很大的恒星衰亡时。一个恒星有很大的质量,意味着它的内部受到了很大的引力作用。你在地球上受到的重力与这种引力作用相同,它使你不会漂浮在空气中!
图解: 在巨大椭圆星系M87核心的超大质量黑洞质量大约是太阳70亿倍,如事件视界望远镜发布的第一张图片(2019年4月10日)所示。可见眉月形的光环和中心的阴影,这是在黑洞的事件视界光环和光子捕获区引力的放大视觉影像。眉月形肇因于黑洞的自转和相对论放射现象;阴影直径大约是事件视界直径的2.6倍。
这些恒星也是由释放大量热量的高温气体组成的。这就产生了一种从内到外推动恒星的力。
通常,重力的拉力和热量的推力相互平衡。但是,当恒星变老的时候,它会燃烧掉所有的燃料,再也无法产生任何推力。在只有万有引力作用的情况下,恒星的所有质量将塌缩到一个点上。这就是我们所说的黑洞。
图解:模拟大麦哲伦云前方有黑洞的影像图。请注意重力透镜效应产生两个高度扭曲的星云图像。在顶端出现被扭曲成弧形的银河盘面
无法逃离的黑洞
因为黑洞是由一个大质量恒星塌缩成一个非常小的点(按照科学家的话来说,也就是黑洞是高密度点),它具有超强的引力。任何靠近黑洞的东西都无法逃逸出去。
艺术家对黑洞的印象。
黑洞之所以被命名为黑洞,是因为如果给黑洞拍照,你将什么也看不见。没有光能够逃离黑洞返回摄像机(毕竟,摄像机所做的就是记录光)。你只会看到一张宇宙的图片,在黑洞所在的地方有一个黑色的圆圈。
图解:上:艺术家描绘超大质量黑洞从邻近的星体上抽走物质。 左下:超大质量黑洞的X光映像。 右下:超大质量黑洞的光学映像。
遗憾的是,很难找到足够好的相机来拍这样的照片。取而代之的是,天文学家研究黑洞的方法是观察那些被吸进黑洞的物质,在它们离黑洞太近并穿过视界之前。我们没办法知道它们进去后会发生什么。
所以,它们都去哪里了呢?
这是一个挑战性问题:一旦你进入黑洞并经过视界会发生什么?答案是没有人知道。科学家还在研究中!
图解:这是艺术家描绘的黑洞附近光子的路径。事件视界对电磁波的引力弯曲和捕捉,是事件视界望远镜捕捉到阴影的原因。
一种观点认为黑洞形成了虫洞。你可以阅读这篇好奇的儿童文章来了解虫洞。
这些虫洞在两个空间之间充当隧道。这意味着你可以通过黑洞进入另一个完全不同的宇宙。甚至可能在一个不同的宇宙中生存!
图解:对非旋转黑洞外观的预测,已经提出会出现带电粒子物质的环状环,如同人马座A*的模型。由于抗衡黑洞的强大的引力需要极高的轨道速度产生的巨大离心力,不对称是多普勒效应造成的结果。
天文学家花了很多时间试图描述虫洞是如何形成和工作的。不过,在找到观察黑洞的方法之前,没有人能确定这是否真的会发生。
也许有一天你会成为一名帮助我们找到这些答案的科学家。你的提问非常好,具有深刻的意义。
相关知识
黑洞(英语:black hole)是时空展现出引力的加速度极端强大,以至于没有粒子,甚至电磁辐射,像是光都无法逃逸的区域。广义相对论预测,足够紧密的质量可以扭曲时空,形成黑洞;不可能从该区域逃离的边界称为事件视界 (英语:event horizon)。
图解:超大质量黑洞从吸积盘中吸积的概念图。
虽然,事件视界对穿越它的物体的命运和情况有巨大影响,但对该地区的观测似乎未能探测到任何特征。在许多方面,黑洞就像一个理想的黑体,它不反光。此外,弯曲时空中的量子场论预测,事件视界发出的霍金辐射,如同黑体的光谱一样,可以用来测量与质量反比的温度。在恒星质量的黑洞,这种温度高达数十亿K,因此基本上无法观测。
参考资料
1.Wikipedia百科全书
2.天文学名词
3. theconversation
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