光在黑洞上也不能逃逸,那科学家是如何观测到黑洞的
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- 发布时间:2024-11-09 06:20:06
科学家宣布他们拍摄了第一张黑洞照片,并向全世界展示了它。这是第一张真实的照片,永远不会是假的。这是怎么回事?其实从我一开始说的话,就能看出端倪。那句话里有一句话“一旦进入黑洞的事件视界”,关键是“事件视界”这个词。黑洞的无限引力(时空曲率)只发生在事件视界内,在事件视界外仍然可以看到所有的物质。而且由于它的角速度驱动周边物质以极高的速度绕黑洞旋转,而且速度有时接近光速,这些星际物质会发生碰撞,激发出巨大的能量和辐射,包括可见光和X射线或γ射线。因此,人们可以通过光学或射电望远镜发现黑洞周围有明亮光线的巨大吸积盘。
但是要拍摄黑洞,我们还是要依靠黑洞的吸积盘来成像。所以现在拍到的黑洞不是黑洞本身,而是黑洞周围吸积盘发出的辐射。黑洞照片中央暴露的看不见的黑洞,部分是黑洞形成的视界。奇点是一个没有体积、只有质量、角动量和电荷的时空点,它对史瓦西半径有无限曲率影响。所有进入史瓦西半径的物质都被无情地吞噬到奇点。
所有物质只要有质量都有史瓦西半径,但是质量太小的物质史瓦西半径太小,所以史瓦西半径一般用来研究天体。史瓦西半径是质量半径的临界值。如果小于这个临界值,就会变成黑洞。也就是说,当半径约70万公里的太阳质量全部压缩到半径3公里以内时,太阳就会变成黑洞;当地球的质量全部压缩成半径小于9mm的球体时,地球就会变成黑洞。但根据引力场理论,最小的黑洞必须达到三个以上的太阳质量,而且这些质量必须接近史瓦西半径(中子星大小),这样无限的引力压力就会导致物质向中心下落,成为黑洞。黑洞是由大引力引起的天体,其所有质量都集中在黑洞中心的一个无穷小的奇点上,这是爱因斯坦广义相对论引力场理论的必然结果。爱因斯坦相对论严格论证了质量导致时空扭曲,质量越大,相同质量的物体造成的时空扭曲越大,体积越小,对时空曲率的扭曲效应越大。
在黑洞无限引力场的控制范围内,光是无法逃逸的。光子是世界上运动最快的粒子,速度约为每秒30万公里。如果连光都逃不掉,那就意味着在黑洞的无限引力范围内,一切都逃不掉。这样,物质就在这个边缘地带以光和各种射线的形式产生,称为黑洞的事件视界。由于黑洞巨大的引力和角动量,靠近黑洞视界的一切都会被撕碎,高速旋转,可以达到光速的一半甚至接近光速。黑洞边缘形成一个巨大的吸积盘,高速绕史瓦西半径旋转,旋转时物质被黑洞吞噬。还有一些物质想要挣脱,剧烈碰撞产生高能爆发,不断向太空发射高能射线和明亮的可见光。人类拍摄的黑洞照片是拍摄事件视界边缘的状态。