如果看不见黑洞,那要怎么确认它们是真实存在的?

作者: Zwicky

来源: 原理

发布日期: 2017-01-13

文章讨论了黑洞的存在证据,包括理论预言、引力波的发现、黑洞对周围物体的影响以及即将进行的直接观测。

没有任何一位天文学家利用望远镜看见过一个黑洞,但我们知道它们是真实存在的。在理论上,爱因斯坦的广义相对论就预言了黑洞的存在。而在现实中,去年物理学家首次“听到”两个黑洞合并所产生的引力波,就是证明黑洞存在的一个强有力证据。另一方面,我们可以观测黑洞强大的引力对它周围物体产生的影响。这个视频是由加州大学洛杉矶分校银河系中心研究所的科学家使用1995 - 2013年凯克望远镜收集的数据制作的。

我们知道在银河系中央有一个超大质量黑洞(叫人马座A),视频显示的正是黑洞附近的恒星在过去20年的时间里是如何环绕着它运行的。在视频中,注意一颗名叫S2的恒星(它的轨道显示为黄线),比太阳大15倍。听起来很大,但跟人马座A比起来就不值一提了,因为超大质量黑洞的质量是太阳的400万倍。黑洞产生的引力导致S2的运行速度可以达到1770万公里每小时,这大约是地球绕着太阳运行速度的200倍。

S2需要16.17个地球年才能环绕黑洞一圈。我们还没有直接观测到黑洞,但我们知道它在那,因为除了黑洞没有任何其它物体可以解释这些恒星的轨道。这些轨道以及开普勒定律的简单应用是证实超大质量黑洞存在的最佳证据。除此外,欧洲南方天文台通过对超大质量黑洞的16年观测也制作了另一个视频:这是真实的图片,当恒星靠近中间区域的时候,它们被加速至3200倍。△ EHT是由世界上多个射电望远镜组成。

(图片来源:APEX, IRAM, G. Narayanan, J. McMahon, JCMT/JAC, S. Hostler, D. Harvey, ESO/C. Malin)早在1931年,物理学家Karl Jansky发现了银河系内中心辐射出的射电波其实就提供了超大质量黑洞存在的第一个证据。而在今年,事件视界望远镜(EHT)将对人马座A进行首次的拍摄。

届时,我们期待看到会看到这样的一张图:△ 左边是模拟的图片,右边是预计会被EHT拍摄到的图片。(图片来源:Fish, Johnson, et al. 2014)黑暗的轮廓被事件视界周围的明亮气体围绕着,在物质朝向我们的那一边会比较亮。

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