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從黑洞的陰影和碰撞中檢驗愛因斯坦的廣義相對論

廣義相對論,即愛因斯坦的引力理論,在其最極端的情況下得到了最好的檢驗,那就是接近黑洞的事件視界,通過觀察超大質量黑洞的陰影和引力波,探測來自恆星質量黑洞碰撞的宇宙結構中的漣漪。來自ARC引力波發現卓越中心(OzGrav)、事件地平線望遠鏡(EHT)和LIGO科學合作組織的科學家們首次概述了一種一致的方法來探索這兩種不同觀測結果與愛因斯坦廣義相對論的偏差。 這項研究發表在《物理評論D》上,證實了愛因斯坦的理論准確地描述了目前對黑洞的觀測,無論是從最小還是到最大的。 廣義相對論的標志性預測之一是黑洞的存在。該理論提供了關於黑洞對時空結構影響的具體描述:一個四維網,它編碼了物體如何在空間和時間中移動。這一預測被稱為克爾公制,它與光在黑洞周圍的彎曲或二元黑洞的軌道運動有關。在這項研究中,克爾公制的偏離與這些黑洞觀測中的特徵有關。 2019年,Event Horizon望遠鏡產生了星系M87中心的黑洞的剪影圖像,其質量是我們太陽的幾十億倍。陰影的角度大小與黑洞的質量、它與地球的距離以及與廣義相對論預測的可能偏差有關。這些偏差可以從科學數據中計算出來,包括以前對黑洞的質量和距離的測量。 同時,自2015年以來,LIGO和Virgo引力波觀測站一直在探測來自合並的恆星質量黑洞的引力波。通過測量來自碰撞黑洞的引力波,科學家可以探索黑洞的神秘性質和度量。這項研究的重點是廣義相對論的偏差,這些偏差在兩個黑洞碰撞和合並之前,以引力波的間距和強度的輕微變化出現。 結合對M87中超大質量黑洞陰影的測量和來自幾個雙胞胎黑洞探測的引力波(稱為GW170608和GW190924),研究人員沒有發現偏離廣義相對論的證據。該研究的共同作者和OzGrav研究助理Ethan Payne(澳大利亞國立大學)解釋說,這兩項測量提供了類似的、一致的約束。"不同大小的黑洞可能有助於打破所看到的EHT和LIGO/Virgo觀測之間的互補行為,"Payne說。"這項研究為未來測量克爾公制的偏差奠定了基礎。" 來源:cnBeta

英國與荷蘭天文學家對星系中心的超大質量黑洞習性有了更深入的了解

在許多藝術家創作的星系場景中,中心位置離不開一個相當活躍的「核」,即超大質量黑洞。當黑洞吞噬物質時,會在兩側邊緣形成強大的「射電雲」噴流,然後地球上的人們就可以藉助射電望遠鏡探測到。SCI Tech Daily 指出,幾乎所有星系中心的超大質量黑洞,在吞噬周圍環境中的物質時,都有一個特定的周期。 自 1950 年以來,天文學家就對活躍星系進行著持續的研究。當星系中心的超大質量黑洞正在吞噬物質時,通常就會發出非常強的無線電或紅外 / 紫外 / X 射線輻射。 比如英國與荷蘭的一支天文學家團隊,就對宇宙空間進行了深入的超靈敏射電望遠鏡研究,並在近日出版的《天文學與天體物理學》期刊上發表了兩篇文章。 此前天文學家們主要將精力放在可見光、紅外 / 紫外等信息的收集上,而新的觀測結果,增加了來自射電望遠鏡網絡的更多靈敏數據,包括英國的 e-MERLIN 和歐洲的 VLBI 網絡(EVN)。 在第一篇題為《活動星系核的射電輻射》文章中,這支國際天文學家團隊將目光瞄向了大熊星座北部 GOOD-North 區域的所有活躍星系。在第二篇題為《AGN 信號選擇與宿主星系性質》的文章中,還明確了三件事。 首先,事實證明許多不同類型的星系的核心,呈現除了不同的活躍方式 —— 有些極度貪婪(吞噬盡可能多的物質)、有些細嚼慢咽、另一些則在飢餓中等死。 其次,研究團隊偶然地發現,吸積階段可與恆星形成階段同時發生。即便有時沒有這麼湊巧,但若當前階段有恆星正在形成,則射電望遠鏡將難以檢測到星系核心的活躍情況。 第三,無論黑洞吞噬物質的速度有多快,星系核心的增長過程都可能、或不會產生射流。 首席研究員 Jack...

「獨角獸」可能是迄今為止發現的最小的和離地球最近的黑洞

據媒體New Atlas報導,近日天文學家發現了一個黑洞,它可能創造了一個或兩個新的記錄--它似乎既是迄今為止發現的最小的黑洞,又是迄今為止發現的離地球最近的黑洞。綽號為 "獨角獸 "的黑洞緊挨著一顆名為V723 Mon的紅巨星,位於麒麟座。這距離地球只有1500光年,而且該天體的質量似乎只是太陽的三倍。 這兩個都是黑洞的可能記錄。之前最小的黑洞「記錄保持者」質量是太陽質量的3.3倍,而之前離地球最近的黑洞的距離是「獨角獸」的兩倍。然而,後一項記錄有點爭議--去年有人提出,HR 6819恆星系統中存在已知的最近的黑洞,距離僅1120光年,但後續研究對那里是否存在黑洞表示懷疑。無論哪種方式,「獨角獸」都是一個耐人尋味的奇特現象。它比大多數恆星級黑洞黑洞都要小,其質量在5到30個太陽質量之間。 當然,黑洞本身是很難看到的。相反,天文學家們通過它對其伴星的影響注意到了「獨角獸」。它的光在其軌道的不同點上似乎在改變強度,這表明它被附近的東西的引力拉伸成一個奇怪的形狀。由於它沒有一個可見的恆星夥伴,一個黑洞似乎是最有可能的候選天體。 "就像月球對地球上的海水有吸引力,導致海水在對著月球方向和背著月球的方向所受的引潮力不斷在變化,黑洞也將恆星扭曲成一個類似足球的形狀,一個軸比另一個長,"該研究的共同作者托德-湯普森說。"最簡單的解釋是它是一個黑洞--而在這種情況下,最簡單的解釋是最有可能的。" 通過分析這顆恆星的引力變形、速度和軌道周期,天文學家能夠計算出這個黑洞的質量相當於三個太陽。 研究人員說,隨著望遠鏡變得更加強大,以及天文學家在分析數據方面變得更好,未來幾年可能會發現這一質量差距中的其他黑洞。 該研究發表在《皇家天文學會月刊》上。 來源:cnBeta

物理學家通過研究黑洞自旋以尋找暗物質拖拽黑洞證據

據外媒報導,隨著難以捉摸的暗物質繼續逃避探測,科學家們不得不在越來越陌生的地方進行搜索。在一項新研究中,來自麻省理工學院(MIT)的物理學家們研究了黑洞的自旋以尋找暗物質減慢黑洞自轉的跡象。在宇宙中所有的物質中,我們每天接觸的常規物質只占了15%左右。剩下的絕大多數則都跟我們所說的暗物質有關,暗物質似乎只通過其引力跟正常物質發生相互作用。 幾十年來,科學家一直未能直接探測到暗物質粒子,但這並非因為缺乏嘗試。地球上的實驗一直在使用大型強子對撞機、「軸子無線電」、由數十億個微小擺組成的陣列、存放奇異液體的巨大地下儲罐或超導腔來尋找這種奇怪的物質。但宇宙似乎也在進行自己的實驗,這使得我們人類能在太空中發現暗物質的特徵。這可能包括星系中由於暗物質粒子衰變而發出的不尋常的X射線,或可能是中子星附近由於暗物質粒子在其強大磁場中轉換成光子而發出的奇怪的光或X射線。 現在,MIT LIGO實驗室的物理學家已經在黑洞周圍的新環境中找到這種神秘物質的跡象。他們的暗物質目標是一種被稱為超輕玻色子的假想粒子。據悉,超輕玻色子的質量非常小,連電子質量的十億分之一都不到。 如果這些超輕玻色子真的存在,量子理論預測一定質量的黑洞會吸引大量玻色子。但它們不會像你想像的那樣簡單地被吸進去--相反,這些粒子會聚集在黑洞周圍,實際上會拖拽它並減慢它的自轉。因此,如果發現某個質量的黑洞比它們「應該」的旋轉速度要慢,這可能是存在暗物質影響的證據。 這項研究的論文主要作者Kwan Yeung Ng指出:「如果玻色子存在,我們會認為適當質量的老黑洞不會有大的自旋,因為玻色子雲會提取大部分自旋。這意味著,如果發現自旋較大的黑洞就可以排除具有一定質量的玻色子的存在。」 這種奇異的效應是一些量子怪異模式的結果。基本上,由於它們的質量非常小,這些粒子不能被描述為在同一時間出現在一個特定的地方。相反,它們是用一種可能位置的波來描述的,粒子越小波就變得越長。在任何給定的時間,它可能出現的地方就越多。 因此,如果超輕玻色子存在於特定質量范圍內,那麼它們的波長將跟具有特定質量的黑洞的半徑相當。由於永遠無法確定這些微小粒子的確切位置,所以在靠近黑洞的時候永遠無法完全確定它「掉進去了」。實際上,星雲在黑洞中進進出出,在此過程中削弱了黑洞的角動量。 為了探測這種暗物質雲是否存在,天文學家研究了45個黑洞雙星的自旋。這些數據來自LIGO和Virgo合作項目對引力波的研究,引力波是黑洞碰撞時產生的。 於是該研究小組計算當這些黑洞跟超輕玻色子在一定質量范圍(1.3x10^-13電子伏到2.7x10^-13電子伏)內相互作用其旋轉速度會有多快。 結果他們發現,兩個黑洞的旋轉速度太快,以至於無法跟超輕玻色子發生任何相互作用。事實上,其中一個正在以接近絕對最高速度旋轉。 研究人員表示,這個結果足以確定排除在這個質量范圍內的超輕玻色子是暗物質。這並不是說暗物質本身不存在--相反,就像在其他實驗中收到的其他null結果一樣,這只是意味著我們正在縮小可能構成暗物質的粒子的范圍。或者也許真的沒有暗物質這種東西。 來源:cnBeta

您如何看待黑洞事件?如何理解

廣義相對論最奇怪的預言之一是重力會偏轉光路。這種效應是1919年由亞瑟·愛丁頓(Arthur Eddington)首次觀察到的。儘管太陽的彎曲效應很小,但在黑洞附近,光的偏轉可能會很大。非常重要,您需要一台功能強大的超級計算機來計算光的行為。 最近,美國宇航局戈達德媒體工作室發布了一些視頻,向我們展示了在重力作用下雙黑洞系統的外觀。該模擬跟蹤了來自兩個近軌道黑洞的吸積盤的光的路徑。一個擁有2億個太陽的質量,另一個擁有該質量的一半。該模擬在NASA氣候模擬中心的Discover超級計算機上運行,花了大約一天的時間才能完成。 這種新的模擬考慮了一些更細微的影響。例如,在一個旋轉的黑洞附近,來自朝向我們旋轉的那一側的光會顯得更亮,而來自遠離我們旋轉的那一側的光會顯得更暗。這種效應稱為都卜勒增強。另一個相對奇怪的效果稱為相對論像差,其中黑洞在朝觀察者方向移動時顯得較小,而當朝觀察者移動時則更大。 每個吸積盤都有另一個反射。 也許最大的計算挑戰是您不能只對鏡頭進行簡單的一階模擬。當兩個黑洞在視覺上彼此靠近時,黑洞A發出的光可能會被黑洞B扭曲到扭曲到黑洞A的程度。然後可以再次對其進行鏡射,然後再有機會進入我們的視野。辦法。有時光路會失真,以至於很難確定光來自哪個吸積盤。為了使這種效果更容易看到,可視化對較大的黑洞的吸積盤使用亮紅色,對於較小的黑洞使用亮藍色。在視頻和圖像中,您可以看到一個黑洞吸積盤的反射情況。黑洞的靠近也會扭曲吸積盤的視覺形狀。 即使這不是對實際黑洞系統的模擬,它也告訴我們很多有關二進位黑洞如何出現的信息。當我們通過它們的引力波發現更多的二進位黑洞時,這一點尤為重要。儘管黑洞本身在合併時不會發光,但它們的吸積盤卻會發光。當我們更好地了解這種光如何被重力扭曲時,我們可以更好地結合光學和重力數據,以使我們對真正的黑洞合併有詳細的了解。 來源:kknews您如何看待黑洞事件?如何理解
美國宇航局用可視化的方式展示一對黑洞是如何彎曲光線的

美國宇航局用可視化的方式展示一對黑洞是如何彎曲光線的

美國宇航局發布了可視化資料顯示了一對黑洞的光彎曲動作會是什麼樣子。這部影片可以在下面看到,它顯示了一對遙遠的黑洞將如何扭曲和重新引導來自它們周圍的吸積盤熱氣體的光線。從軌道平面看,每個黑洞的吸積盤都會呈現出雙駝峰特徵。 當其中一個圓盤從另一個圓盤前經過時,前景黑洞的引力會將其夥伴的圓盤轉變為快速變化的弧線序列。美國宇航局科學家表示,可視化顯示了兩個超大質量黑洞,其中一個較大的黑洞有2億太陽質量,而一個較小的同伴則重約前者的一半。 美國宇航局認為,這種類型的黑洞可以維持一個吸積盤數百萬年。由於這些圓盤具有不同的顏色,包括紅色和藍色,以使其更容易跟蹤光源。科學家說,這些顏色也反映出,較熱的氣體會發出更接近光譜藍色端的光,圍繞較小的黑洞運行的物質會經歷更強的引力效應,帶來更高的溫度。 對於超大質量黑洞的大小,兩個吸積盤都會發出大部分紫外線光譜的光。視頻中值得注意的是,吸積盤的一側看起來明顯更亮。引力扭曲改變了來自圓盤不同部分的光的路徑,產生了扭曲的圖像。黑洞附近氣體的快速運動通過一種被稱為都卜勒增強的現象改變了圓盤的亮度,使旋轉向觀察者的一側變亮,而使旋轉遠離的一側變暗。 在可視化資料中還可以看到一種被稱為相對論畸變的現象。這導致黑洞在接近觀察者時顯得更小,而在遠離觀察者時顯得更大。 來源:cnBeta
天文學家發布新視頻:通過多波長觀測揭示黑洞對M87星系的影響

天文學家發布新視頻:通過多波長觀測揭示黑洞對M87星系的影響

據外媒報導,如果你認為兩年前遙遠星系M87中的第一個黑洞圖像是特別的東西,那麼新發布的一個匯集了19個天文台工作成果的視頻可能會讓你大吃一驚。2019年,事件地平線望遠鏡(EHT)首次捕捉到了這個直徑250億英里的黑洞。M87星系(或者說Messier 87星系)至少在天文學上是接近的。它距離地球大約5500萬光年,是本地宇宙中最龐大的星系之一,早在1781年就被Charles Messier首次發現。 然而,位於其中心的黑洞卻保持了更久的神秘感。作為一個超大質量黑洞的例子,它迫使天文學家在拍攝它的照片時不得不進行思考:畢竟,黑洞的定義是捕捉光線。EHT收集了八台不同望遠鏡的數據,並將這些信息匯集起來,創建了一張圖像,顯示其中心周圍的發光氣體,引力彎曲造成了陰影。 這張圖片在2019年成為頭條新聞,但現在EHT再次提供了更多的儀器和更多的細節。「我們知道,黑洞的第一張直接圖像將是突破性的,」日本國家天文台的Kazuhiro Hada解釋說,他是正在《天體物理學雜誌通訊》上發表的一項新研究的共同作者,以描述新數據。「但為了從這一非凡的圖像中獲得最大的好處,我們需要通過在整個電磁波譜上的觀測來了解當時黑洞的一切行為。」 這一次,為了在不同波長的光線下對M87進行前所未有的巡視,天文學家利用了19個天文台--包括5個由NASA運營的天文台。它依靠的是,黑洞的引力可以產生幾乎以光速傳播的粒子噴射,跨越整個電磁波譜。這些射流在宇宙中噴薄而出,從無線電波到可見光再到伽馬射線,由19台不同的儀器收集到不同的組。 視頻從最初的EHT圖像開始,然後通過射電望遠鏡陣列,跨越可見光,然後是紫外光,再到X射線,螺旋式地展開。最後,是來自地面上伽馬射線望遠鏡的數據,還有美國宇航局的費米太空望遠鏡。 在2017年3月和4月期間,200個機構的760名科學家和工程師一起合作拼湊出這套龐大的數據。這也不僅僅是為了娛樂,有可能會有新的科學突破被解鎖。 「例如,」NASA解釋說,「科學家計劃利用這些數據來改進對愛因斯坦廣義相對論的測試。目前,這些測試的主要障礙是關於圍繞黑洞旋轉並被噴射物炸開的材料的不確定性,特別是決定發射光的特性。」 同時,它還可以幫助我們了解「宇宙射線」,它們是如何形成的,以及它們對宇宙其他部分的潛在影響。「這些射流設法將黑洞釋放的能量輸送到比宿主星系更大的尺度,就像一根巨大的電源線,」這項研究的共同作者、來自阿姆斯特丹大學的Sera Markoff解釋道。「我們的結果將幫助我們計算出所攜帶的能量,以及黑洞的射流對其環境的影響。」 來源:cnBeta
羅曼太空望遠鏡將幫助美國宇航局探測「孤獨黑洞」

羅曼太空望遠鏡將幫助美國宇航局探測「孤獨黑洞」

美國國家航空航天局(NASA)正在討論建設一個新的太空望遠鏡,將在21世紀20年代中期發射。這台新望遠鏡是南希·格雷斯·羅曼太空望遠鏡,簡稱羅曼太空望遠鏡。這是一台紅外望遠鏡,將幫助NASA以前所未有的方式窺視紅外宇宙。羅曼太空望遠鏡將讓NASA做的最重要的一件事就是首次探測孤零零的小黑洞。 當一顆超過20個太陽質量的恆星消耗掉所有的核燃料,並在自身重量下崩潰時,就會形成孤零零的小黑洞。這種類型的黑洞被稱為恆星質量黑洞。和其他黑洞一樣,恆星質量黑洞有足夠的引力,任何東西都無法逃逸,甚至連光都無法逃逸,這意味著它們是看不見的。 因為黑洞是看不見的,所以只能通過尋找它們如何影響周圍的環境來間接發現它們。當尋找超大質量黑洞時,天文學家會尋找黑洞如何擾亂附近恆星的軌道,並偶爾將它們撕裂。天文學家認為,大多數恆星質量的黑洞,其質量要小得多,它們周圍沒有任何東西來表明它們的存在。但羅曼號將能夠通過觀察引力如何扭曲遙遠的星光來發現銀河系周圍的行星。 它將使用同樣的技術來發現恆星質量的黑洞,因為它們對星光產生同樣的影響。天文學家迄今已經在銀河系中發現了大約20個恆星質量的黑洞,但大多數黑洞都有一個我們可以看到的同伴。科學家們認為,羅曼也許終於可以找到沒有伴星的黑洞了。 羅曼將使用一種名為引力微透鏡的初級技術來發現太陽系以外的行星和可能的黑洞。從我們的角度來看,當一個像恆星這樣的巨大物體在一顆較遠的恆星前交叉時,來自較遠恆星的光在穿過較近恆星周圍的彎曲時空時,會發生彎曲。其結果就像一個天然的透鏡,將來自背景恆星的光線放大。 來源:cnBeta

人類首次「看見」的那個黑洞 多波段「指紋」被成功捕獲

新華社上海4月14日電  來自全球32個國家和地區、近200個科研機構的760名科學家和工程師組成的團隊,使用19台望遠鏡陣同步觀測,成功捕獲到人類首次「看見」的那個黑洞的多波段「指紋」,觀測數據14日在全球公布。 人類首次「看見」的那個黑洞,位於室女座一個巨橢圓星系M87的中心,距離地球5500萬光年,質量約為太陽的65億倍。黑洞的中心區域存在一個陰影,周圍環繞一個新月狀光環。2019年4月10日,科學家首次發布的這個黑洞照片,是通過事件視界望遠鏡(EHT)於2017年4月對M87星系中央超大質量黑洞的觀測而獲得的。 4月14日發布的黑洞多波段觀測結果。新華社發 科學家利用事件視界望遠鏡(EHT)對這個黑洞進行觀測的同時,還協調了全球19台望遠鏡陣對這個黑洞及其噴流,開展了迄今頻率覆蓋最廣的多波段同步觀測,成功收集到2017年3月底至5月中旬的觀測數據。 作為東亞地區靈敏度最高的長毫米波射電望遠鏡,中科院上海天文台65米口徑的天馬望遠鏡也參加了全球2個望遠鏡陣、3個波段的同步觀測,天馬望遠鏡團隊成功研發了相關觀測設備,並進行了後續數據分析。 「這些多波段的觀測數據,就好比黑洞的多波段『指紋』。」上海天文台台長、研究員沈志強介紹說,「人類首次看見的那個黑洞,噴流的輻射覆蓋從無線電波、到可見光、再到伽馬射線的整個電磁波譜。對每個黑洞而言,其在各電磁波段的輻射特徵各不相同。通過收集這些輻射的『指紋』,可以加深人們對黑洞及其噴流的了解。」 4月14日,上海天文台台長沈志強在介紹黑洞的最新觀測成果。新華社記者 張建松 攝 19個望遠鏡陣多波段的觀測數據與事件視界望遠鏡(EHT)觀測相結合,可以讓科學家對天體物理學一些最重要、最具挑戰性的研究領域進行深入分析。例如,進一步檢驗並改進愛因斯坦廣義相對論、深入研究「宇宙線」起源等科學問題。 面對浩瀚宇宙,科學探索無窮無盡。目前,全球科學家正在對人類首次看見的那個黑洞、銀河系中心超大質量黑洞以及另外若干遙遠的黑洞,再一次通過事件視界望遠鏡(EHT)和其他望遠鏡陣進行更廣泛的聯合觀測。在這新一輪觀測中,上海天馬望遠鏡也參與其中。(記者張建松、丁汀、岑志連) 4月14日,上海天文台副研究員江悟在介紹黑洞的最新觀測成果。新華社記者 張建松 攝 4月14日,上海天文台高級工程師仲偉業在介紹自主研發的相關觀測設備。新華社記者 張建松 攝 4月14日拍攝的上海天馬望遠鏡。新華社記者 張建松 攝 4月14日拍攝的上海天馬望遠鏡。新華社記者 張建松 攝 4月14日拍攝的上海天馬望遠鏡。新華社記者 張建松 攝 4月14日拍攝的上海天馬望遠鏡。新華社記者 張建松 攝 4月14日拍攝的上海天馬望遠鏡。新華社記者 張建松 攝 來源:cnBeta
科學家用弦理論解開黑洞光子球外粒子行為之謎

科學家用弦理論解開黑洞光子球外粒子行為之謎

宇宙物理與數學研究所(Kavli IPMU)所長Ooguri Hirosi和項目研究員Matthew Dodelson關於黑洞光子球外的弦理論效應的論文入選了《物理評論D》雜誌的 "編輯精選",他們的論文於2021年3月24日發表。 在點粒子的量子理論中,一個基本量是相關函數,它衡量粒子從一個點傳播到另一個點的概率。當兩點通過光樣軌跡連接時,相關函數會形成奇點。在平坦的時空中,有這樣一個唯一的軌跡,但當時空是彎曲的,可以有許多光樣軌跡連接兩點。這是引力透鏡作用的結果,引力透鏡描述的是彎曲的幾何體對光的傳播的影響。 在黑洞時空的情況下,有類似光的軌跡多次繞過黑洞,從而形成黑洞光子球,就像事件地平線望遠鏡(EHT)最近拍攝的位於M87星系中心的超大質量黑洞的圖像一樣。 2019年4月10日發布,EHT合作的圖像捕捉到了黑洞及其光子球的影子,也就是它周圍的光環。光子球會出現在黑洞的一個區域,在這個區域中,以水平方向進入的光線會被引力強迫在不同的軌道上運行。這些軌道會導致上述相關函數的奇異性。 而,在有些情況下,繞黑洞多次的軌跡所產生的奇異性與物理預期相矛盾。Dodelson和Ooguri已經證明,這種奇異性在弦理論中得到了解決。 在弦理論中,每一個粒子都被認為是一個弦的特定激發態。當粒子沿着近似光的軌跡繞着黑洞行進時,時空曲率導致潮汐效應,使弦被拉伸。 Dodelson和Ooguri表明,如果將這些效應考慮在內,奇點消失與物理預期一致。他們的研究結果提供了證據,證明一個一致的量子引力必須包含弦等延伸物體作為其自由度。 Ooguri說:"我們的結果顯示了弦理論效應如何在黑洞附近得到增強。雖然我們發現的效應還不夠強,不足以對ETH的黑洞圖像產生可觀察的後果,但進一步的研究可能會給我們展示一種利用黑洞測試弦理論的方法。" 來源:cnBeta
科學家在銀河系中心黑洞附近發現「正在孵化的恆星蛋」

科學家在銀河系中心黑洞附近發現「正在孵化的恆星蛋」

據外媒New Atlas報道,超大質量黑洞在星系中心製造了極度動盪的環境,長期以來,人們一直推測這會破壞那里的恆星形成。但現在,天文學家已經利用ALMA望遠鏡在銀河系的中心近距離觀察,並在該區域發現了幾個「恆星蛋」--它們似乎正在「孵化」。 恆星誕生於密集的塵埃和氣體雲中,當足夠多的物質聚集成團,最終在其引力下坍塌,成為一顆恆星。不過要做到這一點,太空天氣需要相當平靜和靜止--當然,研究人員不會用這些詞來形容黑洞周圍的區域。他們認為,恆星不可能在太靠近這些潛伏在星系中心的超大質量「怪物」的地方形成,因為它們會將物質鞭打到周圍,而不是讓它沉澱下來。 但也許情況並非總是如此。一個天文學家小組利用ALMA對銀河系的中央分子區(CMZ)進行了檢查,該分子區從銀河系的核心延伸了約1000光年,超大質量黑洞人馬座A*就位於這里。 令他們驚訝的是,研究小組在CMZ中發現了800多個密集的塵埃和氣體核心,它們看起來就像「恆星蛋」,恆星可以在這里開始形成。不過這些是否真的穩定到足以產生恆星是另一個問題。 因此,天文學家進一步調查,使用ALMA尋找這些蛋中的高能氣體外流。該團隊表示,這是恆星形成過程中的 「明確證據」。果然,在43個核心中,他們檢測到了小而微弱的外流。「這就像在一個我們以為荒蕪的地方聽到嬰兒的哭聲一樣。」該研究的作者邢璐說。「在一個過於嘈雜和不穩定的環境中,嬰兒是很難出生並健康成長的。然而,我們的觀測結果證明,即使在銀河系中心周圍的強烈干擾區域,嬰兒恆星仍然會形成。」 該團隊表示,這種少量的恆星形成雲表明,CMZ正處於恆星形成階段的開始。「雖然在這些區域可能還隱藏着大量的外流,但我們的結果可能表明我們正在看到下一波活躍恆星形成的開始,」邢璐說。 這不是研究人員第一次發現恆星在「不可能」的條件下誕生--幾個月前,天文學家報告了恆星在類星體中形成的證據,類星體是一個擁有比我們自己的星系活躍得多的中心黑洞的星系。總的看來,恆星的形成是一個比科學家想象中更穩定的過程。 這項研究發表在《天體物理學雜誌》上。 來源:cnBeta

科學家發現早期宇宙中存在的中等質量黑洞

最近發現的 "金發女郎 "黑洞是兩個黑洞種群之間缺失一部分:由恆星和大多數星系核心中的超大質量巨頭組成的小型黑洞。來自墨爾本大學和莫納什大學的研究人員在共同努力下,發現了一個質量約為太陽質量55000倍的黑洞,這是一個傳說中的 "中等質量 "黑洞。 這一發現今天發表在《自然天文學》雜誌上,論文名稱為「引力透鏡伽馬射線爆發中質量黑洞的證據「。主要作者、墨爾本大學博士生詹姆斯-佩恩特表示,最新發現為超大質量黑洞如何形成提供了新的啟示。雖然我們知道這些超大質量黑洞潛伏在大多數星系的核心中,甚至在所有星系的核心中,但我們並不了解這些龐然大物是如何能夠在宇宙時代內成長得如此之大。 新的黑洞是通過探測引力透鏡伽馬射線暴發現的。伽馬射線暴是一對合並恆星發出的半秒高能光的閃光,被觀察到閃光有一個明顯的 "回聲"。這種回聲是由中間質量的黑洞造成的,它在閃光到達地球的途中彎曲了光的路徑,因此天文學家看到了兩次相同的閃光。 這個新發現的黑洞可能是一個古老的遺跡,即原始黑洞,它在第一批恆星和星系形成之前,在早期宇宙中產生的。 這些早期黑洞可能是今天生活在星系中心的超大質量黑洞的種子。這些發現有可能幫助科學家取得更大的進步,利用這個新的黑洞候選體,科學家可以估算出宇宙中這些天體的總數。科學家在30年前就預測到這種黑洞,現在科學家發現了一個強有力的例子,這令人興奮。研究人員現在估計,在我們的銀河系附近有大約46000個中間質量黑洞。 來源:cnBeta

來聆聽宇宙黑洞、星系「演奏」起來的優美樂章吧

據外媒報道,在太空中,沒有人能聽到你的尖叫,但在地球上,我們有辦法把太空天體變成令人難忘的配樂。星系、黑洞和星雲通過音頻而活躍起來進而為我們提供了一種根本宇宙互動的新方式。日前,一組科學家將NASA錢德拉X射線天文台和其他太空望遠鏡收集到的數據轉換成了聲音,他們使用了一種被稱為數據可聽化的過程。 當地時間周三,NASA發布了這些新音軌,在這里,大家得以聽到錢德拉深場觀測、貓眼星雲和漩渦星系的「聲音」。這三種聲音有着明顯不同的聲音個性。 其中,錢德拉深空南區位於聲譜較輕的一端。NASA在周三的一份聲明中介紹道:「這是迄今為止用X射線拍攝到的最深的圖像,其代表了錢德拉觀測時間超過700萬秒。」 深空南區的可聽化帶有80年代科幻音樂的感覺。圖中的點主要代表的是黑洞和星系。「廣泛的音樂頻率代表了錢德拉在這一地區收集到的全部X射線頻率,」NASA說道。 貓眼星雲一直以來都是一個漂亮的觀測者,尤其是當錢德拉望遠鏡和哈勃太空望遠鏡的數據結合在一起時。「為了監聽這些數據,有一個類似雷達的掃描,從中心點順時針方向發射從而產生音高,」NASA說道,「離中心越遠的光的聲音就越高,而更亮的光的聲音也越大。」 貓眼星雲的聲音聽起來就像《銀翼殺手》中Vangelis的原聲音樂的歡樂版。 第三個數據可聽化則是關於Messier 51的,它更廣為人知的名字是漩渦星系,因為從地球上它就像是漩渦狀的旋臂。「半徑映射到旋律小調音階的音符。從NASA太空望遠鏡獲得的圖像中,每種波長的光(紅外、光學、紫外線和X射線)被分配到不同的頻率范圍內,」NASA說道。 在Messier 51的音效中可以體會到更多的緊張感。 很顯然,大家對宇宙的體驗並不局限於視覺上,當我們花時間去聆聽時,宇宙同樣美麗而奇異。 來源:cnBeta
黑洞偏振圖像發布:M87黑洞又有新頭像了

黑洞偏振圖像發布:M87黑洞又有新頭像了

2021年3月24日晚10點,曾成功捕獲人類有史以來首張黑洞照片的事件視界望遠鏡(EHT)合作組織,又為揭秘M87超大質量黑洞提供了一個嶄新視角:它在偏振光下的影像(圖1)。 圖1、偏振光下M87超大質量黑洞的圖像,圖中線條標記了偏振的方向,它與黑洞陰影周圍的磁場有關。(圖片版權:EHT合作組織) 大家還記得2019年EHT發布的首張黑洞照片嗎? 圖2、2019年EHT發布的首張黑洞照片(圖片版權:EHT合作組織。) 對比下這兩張照片,是不是這次的新照片看起來清晰度更高一些?難道是EHT升級瞭望遠鏡陣列,像手機升級攝像頭一樣,提高了像素?並非如此。我們看到的新照片,其實與首張黑洞照片來自於同一批成像觀測,但是這張「照片」是通過處理偏振信號獲得的,所以我們稱之為「黑洞在偏振光下的影像」。 這是天文學家第一次在如此接近黑洞邊緣處測得表徵磁場特徵的偏振信息。該結果對理解距離我們5500萬光年的M87星系如何產生能量巨大的噴流十分關鍵。 那麼,什麼是偏振呢?讓我們從頭說起。 什麼是電磁波的偏振? 偏振(也稱極化)是橫波的一種屬性,指橫波在與其傳播方向垂直的平面內沿着某一特定方向振盪的性質。光是一種電磁波,由耦合振盪的電場和磁場組成,而電場和磁場的振盪方向總是互相垂直的。在自由空間里,電磁波是以橫波方式傳播,即電場與磁場又都垂直於電磁波的傳播方向(圖3,上)。按照常規,電磁波的「極化」方向指的是電場的振盪方向。 圖3、(上)電磁波傳播示意圖。(下)非偏振的入射光經過線偏振片後成為線偏振光,再次經過四分之一波片之後變成(從接收端看)左旋圓偏振光。 如果電磁波的電場只在一個方向上振盪,則稱為「線偏振」。若隨着電磁波的傳播,電場的振盪方向是以電磁波的波頻率進行旋轉,並且電場矢量的矢端隨着時間勾繪出(橢)圓型,則稱此電磁波為「(橢)圓偏振」;對於這兩種情形,又可按照電場矢量旋轉的方向分為「右旋(橢)圓偏振」和「左旋(橢)圓偏振」。 一般生活中的光,比如太陽光、白熾燈光等,振動在各個方向是均勻分布的,稱為非偏振光。偏振光的產生可以通過多種方式實現,常見的方法是讓非偏振光通過一個偏振片,只讓沿着某特定方向偏振的光波通過。而線偏振光經過四分之一波片後可變為橢圓偏振光,並在特定角度下(當線偏振光的振盪方向與波片光軸方向成±45°時)變為圓偏振光(如圖3,下圖所示)。 為什麼EHT能拍攝到黑洞邊緣的偏振? 在射電天文領域,我們接收到的大部分天體信號是偏振光,例如黑洞產生的噴流,其射電波段的輻射對應的主要是相對論性電子(速度接近光速)在磁場中沿弧形軌道運動時所發出的光,專業名詞稱作同步加速輻射。 由於偏振輻射是個包含大小和方向的矢量,通常在小尺度緻密區域探測到的偏振輻射比較明顯,接近真實的情況,但若是沒有足夠的分辨本領探測這些區域內偏振輻射的話,觀測到的偏振特徵就會由於疊加效應而被削弱。同時,黑洞附近的緻密區域由於光深的影響通常也會造成在黑洞附近區域觀測到的偏振程度很低。 此外,由於不同緻密區域的法拉第旋轉等效應,即指在磁化介質中偏振的方向會發生旋轉,會削弱偏振特徵,也會造成在黑洞邊緣區域難以探測到明顯的偏振。值得注意的是,法拉第旋轉效應所造成的偏振方向旋轉的幅度跟波長的平方成正比,即波長越短,旋轉幅度越不明顯,其偏振的特徵越不容易被削弱。同時,黑洞附近的緻密區域由於光深的影響通常也會造成在黑洞附近區域觀測到的偏振程度很低。 此次EHT能夠拍攝到黑洞陰影周圍的高分辨率偏振圖像,主要歸功於兩點:一是EHT的高分辨本領,讓科學家們能夠分解開這些緻密區域;二是觀測波段在短毫米波段,從而大大削弱了法拉第旋轉效應以及光深的影響。 怎樣拍攝黑洞偏振圖像? 此次獲取的M87黑洞偏振圖像與首張黑洞照片來自於同一次成像觀測(EventHorizon Telescope collaboration et al。 2019)。EHT在為黑洞進行拍照觀測時就充分考慮到了偏振成像(江悟等,2019),因此,在接收和記錄電磁波信號時,已將能恢復電磁波偏振信息的兩路正交偏振信號採集並記錄了下來。 為了獲取2019年4月10日宣布的首張黑洞照片(總強度圖),需處理各個台站間相同偏振方向的互相關數據。而為了獲得此次發布的偏振圖像,則更加復雜,還需要對所有台站之間的交叉偏振信號進行處理,其中的難點在於對台站偏振參數進行校準。所謂台站偏振參數,指各個台站實際接收偏振信號時,原本期待接收兩路「干淨」的偏振信號,但實際上接收的其中一路偏振信號,難免會「摻雜」有另一路偏振的信號。 圖4、本文作者及合作者於2019年7月15日至19日在位於德國波恩的馬普射電天文研究所進行的EHT偏振校準工作會議期間合影。這次會議主要是針對M87偏振觀測數據的校準及成像。(照片來源:E。 Traianou/馬普射電天文研究所。) 為了能及時對M87黑洞進行偏振成像,在首張黑洞照片發布後的第3個月,EHT合作組便在位於德國波恩的馬普射電天文研究所舉行了為期一周的主題為偏振校準及成像的工作會議(圖4,上)。 如今回想起來,當時會議過程也是一波三折。由於一開始用預選的校準源來對M87的偏振數據進行校準測試,並沒有得到預想的結果,大家都開始擔心起來。直到會期中間,替換了另外的校準源,且直接用M87的觀測數據本身做偏振校準,結果不同的小組利用不同方法都可以得到比較一致的初步結果(圖4,下)。大家這才發現,由於預選的校準源偏振結構復雜,並不適合用作校準源。這時大家才放下心來。後來,又經過長期的工作和反復討論,才最終敲定黑洞偏振圖像的結果(Event Horizon Telescope collaboration et al.2021a)。 偏振圖像可以告訴我們什麼? EHT在事件視界尺度上對M87超大質量黑洞周圍的偏振輻射進行的成像,可以用來探測黑洞附近磁場和等離子體的性質,從而理解黑洞如何「吞噬」物質並發出能量巨大的噴流(Event Horizon Telescope collaboration et al。 2021b)。 觀測發現黑洞圖像的線偏振度較低,表明偏振結構在比EHT的分辨本領更小的尺度上被擾亂,這或許是由黑洞周圍輻射區域內局部的法拉第旋轉所造成。同時,圖1中的線條(偏振的方向)所展示的圖案意味着該輻射區域存在有序的磁場結構。 通過與廣義相對論磁流體動力學理論模擬生成的大量黑洞偏振圖像的定量比較,研究團隊發現,只有以強磁化氣體為特徵的理論模型才能解釋在事件視界看到的情況並產生足夠強的相對論性噴流。這些成功的模型可進一步推斷M87中黑洞的物質吸積率的大小(即黑洞吞噬物質的快慢),即每千年吞噬0.3到2倍太陽質量的物質。這些結論大大加深了我們對黑洞周圍物理環境的理解。 下一步和未來 從觀測上直接接近黑洞的邊緣,從而在幾個史瓦西半徑的尺度上不斷探索黑洞周圍的時空特性和物理過程,這代表着人類認識宇宙手段的一大突破。 然而,目前的EHT陣列中,望遠鏡數目仍然較少,基線覆蓋還比較稀疏,尤其是,由於銀心黑洞受到星際散射的影響以及相比目前成像所需時間(數個小時)要快得多的結構變化,成像並非易事。 鑒於此,EHT合作在M87黑洞首次成像後,提出了下一代EHT計劃(即next generation EHT, ngEHT),計劃在近10年內完成。ngEHT計劃通過在地球上布設更多的亞毫米波望遠鏡、增加觀測靈敏度及頻率覆蓋等來提升黑洞成像的質量並提供更多觀測信息,尤其是要提升成像速度以進一步製作黑洞「動畫」 (Blackburn et...

加入偏振光元素 人類史上第一張黑洞照片變得更清晰了

2019年4月10日,視界望遠鏡(EHT)合作組織發布了有史以來第一張黑洞圖像。「拍攝」目標對象是5500萬光年外的M87超大質量黑洞,揭示了一個明亮的環狀結構,及其黑暗的中央區域,也就是黑洞的陰影。 現在,EHT又揭開了M87黑洞一個嶄新的視角:它在偏振光下的影像。 這是天文學家第一次在如此接近黑洞邊緣處測得表徵磁場特徵的偏振信息,對於解釋M87星系如何從其核心向外傳播能量巨大的噴流至為關鍵。  第一張照片公布後,EHT組織深入研究了2017年收集到的M87黑洞的數據,發現其周圍相當一部分的光是偏振的。 所謂偏振,也叫極化,是橫波的一種屬性,指的是橫波在與其傳播方向垂直的平面內沿着某一特定方向振盪的性質。 當光線通過某些濾光片(比如偏光太陽眼鏡的鏡片),或從被磁化的高溫區域發出來時,光就會發生偏振。觀察並測量來自黑洞邊緣的光的偏振特性,可以繪制存在於黑洞邊緣的磁力線。 M87星系核心噴射出來的明亮的能量和物質噴流,向外延伸了至少5000光年,是這個星系最神秘、最壯觀的特徵之一。 大部分靠近黑洞邊緣的物質都會落入其中,但周圍也有一些粒子會在被捕獲前的瞬間逃逸,並以噴流的形式向外傳播。 這個新的黑洞及其陰影的偏振圖像,使天文學家首次成功探究了黑洞外緣區域,在那里物質可能被吸入或被噴射出來。 觀測結果提供了新的有關黑洞外緣磁場結構的信息,只有以強磁化氣體為特徵的理論模型才能解釋在事件視界看到的情況。 為了觀測M87黑洞,EHT組織將世界各地的八台望遠鏡連接起來,創建了一個虛擬的類似地球大小的望遠鏡,其分辨本領相當於在地球上看清月面一張信用卡所需的分辨率。 來源:cnBeta
天文學家從早期宇宙的一個超大質量黑洞中窺見到破紀錄的粒子射流

天文學家從早期宇宙的一個超大質量黑洞中窺見到破紀錄的粒子射流

據外媒報道,天文學家利用美國宇航局(NASA)的錢德拉X射線天文台發現了早期宇宙中一個超大質量黑洞的超長粒子射流的證據。如果得到證實,這將是在X射線中檢測到的最遙遠的帶有噴流的超大質量黑洞,它來自一個距離地球約127億光年的星系。它可能有助於解釋最大的黑洞是如何在宇宙歷史的早期形成的。 噴流的來源是一個類星體--一個快速成長的超大質量黑洞--名為PSO J352.4034-15.3373(簡稱PJ352-15),它位於一個年輕星系的中心。它是宇宙大爆炸後前十億年內用無線電波探測到的最強大的兩顆類星體之一,其質量約為太陽的10億倍。 在這個宇宙的早期,超大質量黑洞為什麼能夠如此迅速地成長,達到如此巨大的質量?這是當今天文學的關鍵問題之一。 盡管黑洞有着強大的引力和可怕的名聲,但黑洞並不會不可避免地吞噬一切接近它的物質。盤繞黑洞運行的物質需要失去速度和能量,然後才能向內落得更遠,越過所謂的「視界」。磁場在為噴流提供動力的同時,會對圓盤造成制動效應,這是圓盤中的物質失去能量的一個關鍵途徑,從而提高黑洞的生長速度。 "如果游樂場的旋轉木馬移動速度過快,孩子就很難向中心移動,所以需要有人或某物減慢騎行速度,"領導這項研究的美國宇航局噴氣推進實驗室(JPL)科學家Thomas Connor說。「在超大質量黑洞周圍,我們認為射流可以帶走足夠的能量,這樣物質就可以向內墜落,黑洞就可以成長。」 天文學家需要利用錢德拉的銳利視力對PJ352-15進行總共三天的觀測,以探測X射線噴流的證據。X射線發射在距離類星體約16萬光年的地方被探測到,其方向與射電波中看到的更短的射流相同。相比之下,整個銀河系的跨度約為10萬光年。 PJ352-15打破了幾個不同的天文記錄。首先,此前從大爆炸後的第一億年中觀測到的最長的射流只有大約5000光年的長度,這與PJ352-15的射電觀測結果相對應。其次,PJ352-15比之前記錄到的最遙遠的X射線射流遠了約3億光年。 「這個射流的長度意義重大,因為它意味着為其提供動力的超大質量黑洞已經增長了相當長的時間,」德國馬克斯-普朗克天文研究所(MPIA)的合著者Eduardo Bañados說。「這一結果強調了對遙遠類星體的X射線研究如何為研究最遙遠的超大質量黑洞的成長提供了一個關鍵的方法。」 從這個射流中探測到的光是在宇宙只有0.98億年時發出的,不到現在年齡的十分之一。此時,宇宙大爆炸遺留下來的宇宙微波背景輻射(CMB)的強度比現在大得多。 當射流中的電子以接近光速的速度飛離黑洞時,它們穿過黑洞並與構成CMB輻射的光子發生碰撞,將光子的能量提升到X射線范圍,從而被錢德拉探測到。在這種情況下,與無線電波相比,X射線的亮度被顯著提升。這與大型X射線射流特徵沒有相關射電發射的觀測結果一致。 「我們的結果表明,X射線觀測可以成為研究早期宇宙中帶有射流的類星體的最佳方法之一,」來自JPL的研究作者Daniel Stern說。「或者換一種說法,未來的X射線觀測可能是解開我們宇宙過去秘密的鑰匙。」 來源:cnBeta

天鵝座X-1中的黑洞如此巨大 以至於挑戰了當前的恆星演化模型

一項新的研究顯示,X射線雙星系統天鵝座X-1中的黑洞重約21個太陽質量,它的質量如此巨大,以至於它挑戰了當前的恆星演化模型。黑洞的質量是由其母星的特性決定的,一般由其一生中因恆星風損失的質量來制約。如果黑洞與雙星伴星相互作用,系統就會發射X射線,有時還能形成射電射流,使系統作為X射線雙星在電磁觀測中可見。 最近的觀測顯示,天鵝座X-1系統中的黑洞質量是太陽質量的21倍,比之前的估計多了50%。為了形成如此巨大的黑洞,天文學家不得不修改他們對恆星通過恆星風損失多少質量的估計。 從已知的X射線雙星的測量結果表明,這些系統中的黑洞質量都在20個太陽質量(M☉)以下,最大的黑洞質量為15-17M☉。然而,對黑洞合並事件的引力波探測卻發現了質量更大的黑洞,達到了50 M☉以上,這揭示了一個差異,挑戰了當前關於黑洞由大質量恆星形成的理論。 在此,James Miller-Jones及其同事利用甚長基線陣列(VLBA)對天鵝座X-1,一個位於我們銀河系中的恆星質量黑洞進行了新的觀測。2016年5月29日至6月3日期間,他們利用VLBA對天鵝座X-1進行了6次觀測(每天一次)。利用新數據和檔案觀測數據,Miller-Jones等人細化了與X射線雙星的距離,發現它比之前估計的要遠,從而將系統黑洞的推斷質量提高到了21M☉。 動畫顯示了天鵝座X-1系統,由一個黑洞與一顆巨星組成的軌道。最近射電望遠鏡的觀測發現,該系統的距離比之前認為的要遠20%,這意味着該黑洞的質量是太陽的21倍,是有史以來在不使用引力波的情況下探測到的最巨大的恆星質量黑洞。 新的測量結果確定天鵝座X-1是目前已知的最大規模的電磁探測恆星質量黑洞。根據作者的說法,要想在銀河系中存在如此巨大的黑洞,在原恆星演化過程中通過恆星風損失的質量一定比目前模型預測的要低。 來源:cnBeta
研究人員找到了迄今為止黑洞運動的最有力證據

研究人員找到了迄今為止黑洞運動的最有力證據

長期以來,天文學家一直在理論上認為超大質量黑洞可以在太空中旅行,但一直很難找到支持這一理論的數據。來自天體物理學中心 - 哈佛大學與史密森尼學院的研究人員發現了迄今為止最清晰的超大質量黑洞運動的跡象。研究人員此前預計大多數超大質量黑洞是不會移動的,它們通常保持靜止狀態。 超大質量黑洞非常沉重,因此很難讓它們移動。研究人員Dominic Pesce和他的團隊在過去五年里一直致力於通過比較黑洞和星系的速度來觀察一個移動的超大質量黑洞。該團隊的目標是確定黑洞的速度是否與它們所處星系的速度相同。 人們的期望是黑洞和星系的速度相同。如果速度不同,那就意味着黑洞受到了干擾。在研究過程中,該團隊最初調查了10個遙遠的星系和星系核心的超大質量黑洞。具體來說,研究小組重點研究了那些在其吸積盤內含有水的黑洞。當水圍繞黑洞運行時,會產生一束類似激光的射電光,即所謂的激微波。 該團隊使用了一種被稱為極長基線干涉測量法(VLBI)的技術,使用無線電天線網絡非常精確地測量黑洞的速度。通過該技術,研究小組確定,10個超大質量黑洞中有9個處於靜止狀態,但有一個黑洞似乎在運動。那個特殊的黑洞距離地球2.3億光年,位於一個名為J0437+2456的星系中心。 該黑洞的質量約為太陽的300萬倍。利用阿雷西博天文台和雙子座天文台進行了後續觀測,以證實最初的發現。這個超大質量黑洞在銀河系內以每小時約11萬英里的速度運動。究竟是什麼原因導致了這種運動目前還不得而知,但研究小組認為,運動可能是兩個超大質量黑洞合並的結果,或者黑洞可能是一個雙星系統的一部分。 來源:cnBeta

從廣義相對論到引力波:人類真的「看見」黑洞了嗎?

20世紀70年代初,當索爾·圖科斯基還在攻讀理論物理學的博士學位時,他就解決了一個看似純粹假設性的問題。我們可以將黑洞想象成由大質量恆星燃燒並坍縮而成的一個無限小的點,具有無比巨大的引力。假設你擾動了這個黑洞,就像敲擊一口大鍾一樣,那黑洞會作何反應? 來源:Science 撰文:阿德里安·周(Adrian Cho) 翻譯:任天 圖科斯基當時是加州理工學院的博士研究生,他用鉛筆、紙和愛因斯坦的引力理論——廣義相對論——對這個問題進行了分析。他發現,黑洞就像一口大鍾,會以一個主頻和多個泛頻振盪。當黑洞釋放出引力波時,這些振盪會迅速消失。如今,圖科斯基在康奈爾大學擔任物理系主任。他表示,這是一個非常有意思的問題,但直到5年前,對這個問題的研究還是完全抽象的。 2016年2月,研究人員第一次報道了用激光干涉引力波天文台(LIGO)觀測到的引力波信號。根據計算,該引力波源自兩個相互環繞、逐漸靠近的黑洞,它們距離地球約13億光年,質量分別約為太陽的29倍和36倍。LIGO甚至能探測到雙黑洞系統合並為更大黑洞之後的「鈴宕」(ring down,又稱「拖尾波形」)階段,相當於合並過程產生的擾動。據估計,它們合並形成的黑洞質量約為太陽的62倍,有約3倍太陽質量的能量在不到1秒的時間內以引力波的形式釋出。於是,圖科斯基早期發表的論文突然間變成了前沿物理學。 在對黑洞的一個模擬中,強大的引力扭曲了它周圍高溫發光的氣體吸積盤 雖然聽起來很不可思議,但科學家們現在已經可以將黑洞當作真實物體來研究了。自LIGO的突破性發現以來,引力波探測器已經發現了40多個黑洞合並事件。2019年4月,一個名為事件視界望遠鏡(Event Horizon Telescope,簡稱EHT)的國際合作項目拍攝了第一張黑洞圖像。EHT結合了世界各地的多台射電望遠鏡,形成了一台口徑等效於地球直徑的虛擬望遠鏡。研究人員將它對准了銀河系附近的室女A星系(M87),拍下了環繞其中心超大質量黑洞「陰影」的熾熱氣體環。與此同時,天文學家也在追蹤那些快速接近銀河系中心黑洞的恆星,這些恆星的軌跡可能為揭示黑洞本身的性質提供線索。 在天體物理學家看來,這些觀測結果已經挑戰了關於黑洞如何形成,以及它們如何影響周圍環境的假設。研究人員通過對室女座干涉儀(Virgo,位於意大利)的數據分析表明,此前LIGO所探測到的一些較小黑洞可能比預期的更重、更多樣。這使得天體物理學家更難以理解可能形成這些黑洞的大質量恆星。在我們的銀河系中,超大質量黑洞周圍的環境似乎出奇的「富饒」,充滿了年輕恆星,而按照之前的猜想,這些恆星並不會在這樣的「漩渦」中形成。還有一些科學家提出了一個更有吸引力的根本問題:我們是否真的看到了愛因斯坦理論所預測的黑洞? 廣義相對論對黑洞是什麼,以及它們會如何出現做出了非常具體的預測 一些理論物理學家表示,答案很可能是平淡無奇的「是」。美國芝加哥大學的引力理論學家羅伯特·沃爾德說:「從這些結果中,我不認為我們能學到更多關於廣義相對論或黑洞理論的東西。」但其他人並不這麼認為。「真實的黑洞與廣義相對論中預測的黑洞是完全一樣,還是兩種截然不同的事物?」佛羅里達大學的引力理論學家克利福德·威爾說,「這將是未來觀測的重點。」任何反常現象都要求對愛因斯坦的理論進行重新思考。物理學家懷疑,愛因斯坦的理論並不是引力的最終定論,因為它與現代物理學的另一基石——量子力學——格格不入。 美國加州大學洛杉磯分校的天體物理學家安德烈婭·蓋茲表示,對於黑洞,研究人員已經通過多種手段獲得了不同而互補的觀點。蓋茲因推測銀河系中心存在超大質量黑洞而獲得2020年諾貝爾物理學獎。她說:「要想拼湊出一幅完整的圖景,我們還有很長的路要走,但肯定會找到更多的拼圖碎片。」 充滿矛盾的黑洞 黑洞由純引力能組成,充滿了矛盾。它不包含任何物質,但就像保齡球一樣,擁有質量並能夠旋轉;它沒有表面,但有大小;它的行為如同一個宏大而有重量的物體,但實際上只是空間中一個特殊的區域。 這正是愛因斯坦在1915年發表的廣義相對論中所說的。早在兩個世紀前,艾薩克·牛頓就提出,引力是一種以某種方式穿過空間、使大質量物體相互吸引的力。愛因斯坦的觀點更深一層,他認為引力的產生是因為恆星和行星等質量巨大的物體扭曲了空間和時間——也就是時空(spacetime)——會導致自由落體的物體發生軌跡彎曲,比如拋出的球以拋物線下落。 早期廣義相對論的預測與牛頓的引力理論只有些微不同。牛頓預測行星應該以穩定的橢圓軌道圍繞其恆星運行;廣義相對論則預測每個軌道會在運行時朝某個方向稍微轉動,這被稱為軌道進動(precess)。在廣義相對論的第一次勝利中,愛因斯坦證明了該理論可以解釋水星軌道的歲差,此前古典力學所預測的數值與水星近日點的進動並不吻合,而廣義相對論消除了觀測與理論上的歧異。就在幾年後,物理學家意識到愛因斯坦的這個理論還暗示着一些更為顛覆性的東西。 1939年,理論物理學家羅伯特·奧本海默及其同事計算出,當一顆質量足夠大的恆星燃燒殆盡時,任何已知的力都無法阻止它的核心坍塌為一個無窮小的點,其引力場就像時空中一個永久的無底深坑。在距離這個點的一定范圍內,引力之強大,連光都無法逃脫。加州理工學院的理論物理學家大衛·芬克爾斯坦在1958年提出,任何越過這一距離的物體都將與宇宙的其他部分隔絕,這就是所謂的「事件視界」。事件視界並不是一個物理表面,掉入其中的宇航員(如果可能的話)並不會看到什麼特別的現象。芬克爾斯坦在2016年1月24日去世,就在LIGO宣布探測到引力波的前幾天;他留下了一個推論:事件視界將像一層單向膜,可以讓物體掉進去,但內部的一切無法逃出。 根據廣義相對論,這些物體——最終由著名理論物理學家約翰·阿奇博爾德·惠勒命名為「黑洞」——應當表現出驚人的相似性。1963年,新西蘭數學家羅伊·克爾計算出了一定質量的旋轉黑洞會如何扭曲時空。其他研究者很快證明,在廣義相對論中,質量和自旋是黑洞能夠擁有的兩個基本特徵,這意味着克爾的數學公式,即「克爾度規」(Kerr metric),可以描述宇宙中存在的每一個黑洞。惠勒將這一結果稱為「無毛定理」(no-hair theorem),以強調兩個質量和自旋相同的黑洞就像禿頭一樣難以區分。圖科斯基指出,惠勒本人就是禿頭,「這大概就是禿頭人士的自豪感吧」。 加州理工學院的理論物理學家肖恩·卡羅爾表示,一些物理學家懷疑黑洞可能並不存在,只是理論家們的想象之物。這些懷疑論者認為,黑洞可能只是廣義相對論精妙數學體系的人工產物,或者只可能在非現實的條件下形成,比如一個完美球形恆星的坍縮。然而,在20世紀60年代末,牛津大學的理論物理學家羅傑·彭羅斯用嚴謹的數學消除了這些疑慮,他也因此分享了2020年的諾貝爾物理學獎。卡羅爾說:「彭羅斯准確地證明了,即使是一個塊狀物體,只要密度變得足夠高,它就會坍縮成一個黑洞。」 如何探測黑洞?愛因斯坦的廣義相對論預言,當足夠大的質量探索時,會留下一個可以自我維持的引力場,其強度之大足以使任何物體都無法逃脫,即使是光。但是,黑洞真的如廣義相對論所預言的那般不可思議嗎?觀測物理學家們現在已經有了可能找到答案的工具: 1。 追蹤恆星。追蹤銀河系中心黑洞周圍恆星的軌道可以揭示黑洞是否像廣義相對論預測的那樣扭曲空間和時間; 2。 拍攝圖像。超大質量黑洞的圖像將為我們提供線索,以判斷它是否像廣義相對論預測的那樣擁有事件視界而不是物理表面,並驗證黑洞是否只有質量和自旋兩個基本特徵 3。 捕捉引力波。當兩個較小的黑洞環繞並合並時會發出引力波,通過對引力波信號的觀測,可以揭示這些黑洞是否真的是物質實體。如果合並後的黑洞以主頻和泛頻的方式振盪,就能驗證它的基本屬性是否只有質量和自旋。 很快,天文學家開始探測到黑洞存在的跡象。他們發現了圍繞恆星運行的微小X射線源,比如天鵝座X-1(Cygnus X-1)。天體物理學家推斷,這些X射線來自於從恆星流出的氣體,當它落到某個神秘的物體上時,溫度會不斷升高。氣體溫度和軌道細節表明,這個X射線源的質量過於巨大,能量范圍又極其小,因此除了黑洞以外不可能是其他任何東西。類似的推理表明,遙遠的類星體——能輻射巨大能量的活動星系核——也是由其中心的超大質量黑洞提供能量的。 美國亞利桑那大學的天體物理學家費婭爾·奧澤爾指出,沒有人能確定這些黑洞實際上就如理論物理學家所描繪的那樣。「我們到目前為止所取得的發現,很少能確定事件視界的存在,」她說,「這是一個懸而未決的問題。」 現在,通過多種觀察黑洞的方法,科學家們可以開始檢驗他們對黑洞的理解,尋找可能徹底改變物理學的新發現。「盡管這種可能性非常小,但如果我們能發現任何偏離廣義相對論預測的結果,那將具有非常重要的意義,」卡羅爾說,「這是一個高風險、高回報的問題。」 對黑洞的觀測 科學家希望回答三個很具體的問題:我們觀測到的黑洞真的有事件視界嗎?它們真的像無毛定理說的那樣沒有其他特徵嗎?以及,它們會像克爾度規預測的那樣扭曲時空嗎? 也許回答這些問題最簡單的工具就是安德烈婭·蓋茲所開發的工具。自1995年以來,她和同事們一直在使用位於夏威夷的10米口徑凱克望遠鏡來追蹤人馬座A*(Sgr A*)周圍的恆星。人馬座A*是位於銀河系中心的一個極其明亮且緻密的無線電波源。1998年,他們觀測到這些恆星在高速運動,表明它們正圍繞一個質量約為太陽400萬倍的物體運行。由於人馬座A*在如此小的體積中容納了如此多的質量,按照廣義相對論的預測,它一定是一個超大質量黑洞。馬克斯·普朗克地外物理研究所的天體物理學家賴因哈德·根策爾也獨立追蹤了這些恆星,得出了同樣的結論,並與安德烈婭·蓋茲共同獲得了諾貝爾獎。 這其中,大部分信息來自於一顆被蓋茲稱為S02的恆星(根策爾記為「S2」),它每16年圍繞人馬座A*旋轉一周,軌道是很扁的橢圓。正如水星繞太陽的軌道進動一樣,S02的軌道也應該具有這一現象。蓋茲及其同事試圖從極其復雜的數據中找出這一進動效應。「我們已經非常接近,」蓋茲說,「我們發現了一個信號,但仍在說服自己它是真實的。」2020年4月,根策爾團隊取得了一個重大發現:多年觀察表明,S02恆星的軌道並沒有保持靜止,而是緩慢發生着有規律的旋進——即「史瓦西進動」(Schwarzschild precession)——呈現出猶如玫瑰花結的運行軌跡。 如果運氣好的話,蓋茲和根策爾等研究者有望找到其他的異常現象,以最終確定超大質量黑洞的本質。黑洞的自旋應該會改變其附近恆星軌道的進動,而具體的改變方式可以由羅伊·克爾的數學描述來預測。克利福德·威爾說:「如果有恆星比已經觀察到的(黑洞附近)恆星距離更近——比如近10倍——那就可以檢驗克爾度規是否完全正確。」 恆星追蹤技術可能永遠無法探測到非常接近人馬座A*事件視界的地方。據估計,人馬座A*的直徑約為4400萬公里,只比水星最接近太陽的距離(4600萬公里)略短。相比之下,事件視界望遠鏡(EHT)結合了來自世界各地11台射電望遠鏡或陣列的數據,構成了一台龐大的虛擬望遠鏡,能對另一個超大質量黑洞進行近距離觀察。這個位於室女A星系中的龐然大物擁有65億倍太陽質量。 在這張由事件視界望遠鏡(EHT)合作項目拍攝的標志性圖像中,超大質量黑洞在周圍氣體的輝光中投射出一個黑色的圓形「陰影」 兩年前,EHT團隊發布了一張著名的黑洞影像圖片,看起來就像一個燃燒的馬戲團圓環,但實際上,圖像中蘊含的內容要復雜得多。明亮的光環來自高溫氣體,其包圍的黑色部分並不是黑洞本身;相反,這是前方氣體發出的光被黑洞的引力扭曲(引力透鏡效應)所投射出來的「陰影」。不過,陰影的邊緣並不是事件視界的邊界,而是超出了大約50%的距離;在這個距離范圍內,時空被扭曲到足以讓穿過的光繞着黑洞旋轉,既沒有逃逸也沒有落入黑洞。 即便如此,這幅圖像還是保留了與這個超大質量黑洞中心有關的線索。例如,光環的光譜可以揭示該物體是具有物理表面還是事件視界。費婭爾·奧澤爾解釋稱,撞擊到物理表面的物質會比滑入黑洞的物質發出更明亮的光(到目前為止,研究人員還沒有發現光譜扭曲)。陰影的形狀也可以檢驗黑洞的經典圖像,即一個自旋黑洞的事件視界應該在赤道處凸出。然而,廣義相對論中的其他效應可能會抵消陰影的這一效應。「由於不同方向的擠壓被非常怪異地抵消了,陰影看起來仍然是圓形的,」奧澤爾說,「這就是為什麼陰影的形狀可以直接驗證無毛定理的原因。」 一些研究者質疑EHT能否以足夠的精度獲得黑洞圖像,以進行這些驗證。塞繆爾·格拉拉是亞利桑那大學的理論物理學家,他懷疑EHT可能並沒有「看到」黑洞的陰影,而是從上往下俯瞰了圍繞着黑洞旋轉的圓盤狀氣體。如果是這樣的話,圖中央的黑點就僅僅是一場天體物理颶風的風眼。但奧澤爾表示,即使分辨率有限,EHT依然對驗證廣義相對論在黑洞周圍的未知概念領域做出了重大貢獻。 相比之下,引力波傳遞的信息直接來自黑洞本身。當黑洞以一半光速螺旋形合並在一起時,這些時空漣漪就會不受阻礙地穿過普通物質。目前,在LIGO和Virgo已經探測到的黑洞合並事件中,黑洞的質量從太陽的3倍到86倍不等。 弗蘭克·歐姆是一位引力理論學家,同時也是馬克斯·普朗克引力物理研究所的LIGO團隊成員。他表示,通過這些合並事件,我們可以以多種方式探測黑洞。假設這些都是經典黑洞,研究人員就可以根據廣義相對論計算出合並產生的引力波啁啾信號是如何加速,如何達到峰值,又是如何減弱的。如果這些大質量天體實際上是更大的物質實體,那麼它們在靠近時就會相互扭曲,從而改變信號的峰值。到目前為止,研究人員沒有發現任何這樣的變化。 這種合並也產生了一個受擾動的黑洞,就像圖科斯基早期理論中所描述的那樣,而這就為驗證廣義相對論提供了另一個途徑。合並後的黑洞會出現短暫而強烈的振盪,呈現為一個主頻和多個較短的泛頻。根據無毛定理,這些頻率及其持續時間只取決於最終黑洞的質量和自旋。弗蘭克·歐姆說:「當你單獨分析每一種模式時,它們都必須指向相同的黑洞質量和自旋,否則就會出現問題。」 2019年9月,圖科斯基及其同事在一次信號特別強烈的合並事件中,找出了主頻和一個泛頻。對此弗蘭克·歐姆表示,如果實驗者能夠提高探測器的靈敏度,他們或許能發現兩到三個泛頻,從而足夠對無毛定理進行驗證。 未來的黑洞研究 未來的探測儀器可能會使這類驗證變得更容易。安德烈婭·蓋茲表示,正在智利和夏威夷建造的30米口徑光學望遠鏡將具有比現有儀器高80倍的分辨率,可以更仔細地觀察人馬座A*附近的區域,並可能探測到距離該黑洞更近的恆星。類似地,EHT的研究人員也在他們的網絡中加入了更多的射電望遠鏡陣列,這將使他們能更精確地拍攝室女A星系中心黑洞的圖像。另一方面,他們也在嘗試觀測人馬座A*並成像。 與此同時,引力波研究者已經着手開發下一代更靈敏的探測器,包括激光干涉儀空間天線(LISA),它將由三顆相隔數百萬公里的衛星組成,在太空中構成一個等邊三角形。美國伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的理論物理學家尼古拉斯·尤尼斯表示,LISA探測器具有極高的探測靈敏度,將在21世紀30年代發射,它或許能在某個遙遠的星系中,發現一個普通的恆星質量黑洞螺旋式靠近一個超大質量黑洞,並最終與之合並的過程。 較小的黑洞可以作為某種精確的探測器,揭示一個更大黑洞周圍的時空扭曲是否完全如克爾度規的預測。尤尼斯指出,一個肯定的結果將鞏固廣義相對論對黑洞的預言,「但你必須等待LISA的進展」。 與此同時,黑洞在突然之間變得可以觀測的事實已經改變了引力物理學家的生活。廣義相對論和黑洞曾經只存在於思維實驗中,或者只能像圖科斯基那樣進行優雅而抽象的計算,現在卻突然成為基礎物理學中最熱門的領域。為了驗證廣義相對論,科學家們設計了需要投入高達數十億美元的實驗。「我真切感覺到了這種轉變,」弗蘭克·歐姆說,「這是一個非常小的圈子,但隨着引力波的探測,一切都改變了。」 來源:cnBeta

天文學家發現一個超大質量黑洞在深空中奇怪地運動

根據斯隆數字巡天(SDSS)項目的最新數據,天文學家們在 J0437 + 2456 星系中發現了一個相當不安分的超大質量黑洞(SMBH)。其質量約為太陽的三百萬倍,距地球約 2.3 億光年。詭異的是,它似乎正以每小時約 11 萬英里的速度在移動。 J0437 + 2456 星系(圖自:SDSS) 在周五發表於《天體物理學雜誌》上的一項新研究中,一組天文學家在該星系中心觀察到了其超大質量黑洞(SMBH)可能存在異常移動的跡象。 研究一作、史密森天體物理中心兼哈佛天文學家 Dominic Pesce 在接受 Harvard Gazette 采訪時稱:「大部分的超大質量,通常都是坐在那里不動的」。 換言之,在引力的作用下,大多數的黑洞也是朝着與宿主星系相同的方向和速度在移動。雖然尚未揭開這個謎團,但不少人猜測其怪異行為可能與近期發生的合並、或者某個看不見的伴星有關。 據悉,2018 年的時候,Pesce 和同事們開始留意到 J0437 + 2456...
天文學家可能發現了最遠的超大質量黑洞

天文學家可能發現了最遠的超大質量黑洞

據外媒報道,天文學家可能已經通過NASA錢德拉X射線天文台的X射線探測到的噴射流發現了最遠的超大質量黑洞。據悉,這一噴射流的源頭是一顆類星體--一個快速增長的超大質量黑洞--它被取名為PSO J352.4034-15.3373(簡稱PJ352-15),位於距離地球約127億光年的一個年輕星系的中心。這一結果可能有助於解釋最大的黑洞是如何在宇宙歷史的早期形成的。 上面這張藝術家插圖展示的是一個類星體及其噴射流的近景,PJ352-52很可能就是這樣。在左下方,物質正在圓盤上繞着一個超大質量黑洞旋轉。一旦它失去了足夠的速度和能量物質就會向內進一步下降並越過所謂的視界--也就是不能返回的點。與此同時,這些物質中的一些以窄束或射流的形式被重新導向遠離黑洞。這些高速噴射的高能粒子由磁場提供動力,當能量從系統中被移走時,磁場就會對磁盤產生制動作用。這是磁盤中物質失去能量的一個關鍵途徑,而這由此提高了黑洞的增長速度。 為了探測X射線噴射的證據,天文學家們利用錢德拉望遠鏡的銳利視野觀察了PJ352-15整整三天。結果錢德拉發現,距離類星體約16萬光年的X射線發射方向跟無線電波中看到的更短的噴流方向相同。相比之下,整個銀河系的跨度約為10萬光年。在錢德拉的數據中,這種噴流並不是連續的,很可能是因為只有噴流最亮的部分可以通過所使用的觀測時間被探測到。 據了解,從PJ352-15的噴射流中探測到的X射線是在宇宙只有9.8億年的時候發射出來的,這相當於不到它現在年齡的1/10。此時,大爆炸遺留下來的宇宙微波背景輻射(CMB)的強度要比現在大得多。當噴氣中的電子以接近光速的速度飛離黑洞時,它們穿過黑洞並跟構成宇宙微波背景輻射的光子發生碰撞從而將光子的能量提升到錢德拉將能探測到的X射線范圍內。在這種情況下,X射線的亮度明顯高於無線電波。這跟觀察到的大型X射線噴流特徵跟射電發射沒有關聯相一致。 在這項對PJ352-15的最新研究之前,天文學家從大爆炸後的第一個十億年間觀測到的最長的噴射流大概只有5000光年長,這跟PJ352-15的射電觀測結果相對應。而PJ352-15也比之前記錄到的最遠的X射線噴流要遠3億光年。 來源:cnBeta
天文學家探測到一個正在移動的超大質量黑洞 無法解釋其不尋常運動的原因

天文學家探測到一個正在移動的超大質量黑洞 無法解釋其不尋常運動的原因

據外媒報道,長期以來,科學家們一直認為超大質量黑洞可以在太空中游盪,但事實證明,捕捉它們的行為是困難的。現在,哈佛-史密森天體物理學中心的研究人員已經確定了迄今為止最清晰的超大質量黑洞運動案例。他們的成果於3月12日發表在《天體物理學雜誌》上。 「我們不認為大多數超大質量黑洞會移動,它們通常只滿足於靜止不動,」領導這項研究的天體物理學中心的天文學家Dominic Pesce說。「它們實在是太重了,要讓它們動起來很困難。想想看,把一個保齡球踢到運動中去比踢一個足球要困難得多--要知道,在這種情況下,『保齡球』的質量是我們太陽的幾百萬倍。這就需要相當強大的踢力了。」 Pesce和他的合作者在過去五年里一直致力於通過比較超大質量黑洞和星系的速度來觀察這種罕見的現象。 「我們問道。黑洞的速度和它們所在星系的速度是否相同?」他解釋說。「我們希望它們具有相同的速度。如果它們不一樣,那就意味着黑洞受到了干擾。」 為了進行搜索,該團隊最初調查了10個遙遠的星系及其核心的超大質量黑洞。他們特別研究了在其吸積盤--向黑洞內旋的螺旋結構--中含有水的黑洞。當水圍繞黑洞運行時,會產生一束類似激光的射電光束。Pesce說,當使用一種被稱為甚長基線干涉測量法(VLBI)的技術與無線電天線組合網絡進行研究時,激光束可以幫助非常精確地測量黑洞的速度。 該技術幫助團隊確定10個超大質量黑洞中的9個處於靜止狀態,但有一個黑洞脫穎而出,似乎正在運動。該黑洞位於距離地球2.3億光年的地方,位於一個名為J0437+2456的星系中心。它的質量大約是我們太陽的三百萬倍。 利用阿雷西博天文台和雙子星天文台的跟蹤觀測,該團隊現在已經證實了他們的初步發現。這個超大質量黑洞在J0437+2456星系內部以每小時約11萬英里的速度運動。但造成這種運動的原因尚不清楚。該團隊懷疑有兩種可能。 「我們可能正在觀測兩個超大質量黑洞合並的後果,」參與研究的國家射電天文台射電天文學家吉姆-康頓說。「這種合並的結果會導致新生的黑洞反沖,我們可能會在反沖的過程中或者在它再次沉澱下來的時候觀察它。」 但還有另一種可能,也許是更令人興奮的可能性:黑洞可能是一個二元系統的一部分。 「盡管每一個人都期望它們真的應該在那里以某種豐富的方式存在,但科學家們很難確定二元超大質量黑洞的明確例子,」Pesce說。「我們在J0437+2456星系中可能看到的就是這樣一對黑洞中的一個,而另一個黑洞由於缺乏微波激射,所以對我們的射電觀測來說仍然是隱藏的。」 然而,研究人員最終還需要進一步的觀測來確定這個超大質量黑洞不尋常運動的真正原因。 來源:cnBeta
巨大的原始恆星可能是超大質量黑洞的「種子」

巨大的原始恆星可能是超大質量黑洞的「種子」

潛伏在大多數星系中心的超大質量黑洞,包括我們自己的星系,被認為是通過吞噬數十億年的物質而變大的。但一項新的研究表明,它們可能走了一條捷徑,以一顆假想的原始超大質量恆星為起點,它的體積遠大於今天的任何一顆恆星,並在一顆巨大的超新星中爆炸。 根據黑洞的質量,黑洞主要分為兩類。有恆星質量的黑洞,質量約為太陽的五倍到幾十倍之間。當某些恆星耗盡其燃料供應並自我崩潰時,就會形成這些黑洞。在尺度的另一端,則是超大質量黑洞,其質量為數百萬甚至數十億個太陽的質量。 一般認為,前者經過數十億年成長為後者,因為它們吞噬了塵埃、氣體、恆星、行星、其他黑洞,以及其他任何太過接近的東西。越來越多的證據表明,有一類新的黑洞被稱為中等質量黑洞,其質量在太陽的100到10000倍之間,從而支持了這一假說。 不幸的是,故事並不那麼簡單。早期恆星的頂點似乎在100到200個太陽質量之間,如果它們坍縮成黑洞,它們需要在很長一段時間內吞噬大量的物質才能成長為超大質量的怪物。在很多情況下,周圍根本沒有足夠的 "食物"。另外,觀測表明,這些巨大的黑洞在宇宙的生命期中出現得相當早,所以從字面上看,應該沒有足夠的時間讓它們通過這種方法長成那麼大。 關於超大質量黑洞的起源故事,天文學家們正在進行大量的調查,但有一種耐人尋味的可能性是,它們走了一條捷徑,誕生於質量在數萬個太陽范圍內的 "超大質量 "恆星。這些絕對意義上的野獸會比我們所見過的任何恆星都要巨大得多,由於物理學上而言它們的存在可能是值得商榷的。不過,這也同時是一個方便的解釋。 "早期宇宙中可能存在少量的原始恆星,其質量為數萬個太陽質量,"該研究的作者Ke-Jung Chen說。"它們很可能是星系中超大質量黑洞的祖先,因為黑洞種子的質量越大,吞噬周圍物質的效率越高。黑洞不需要保持很高的吸積率就能快速成長!" 棘手的是找到它們的直接證據,因為如果它們真的存在,它們很可能在數十億年前就已經全部坍塌成黑洞了。大多數超大質量恆星理論的支持者預測它們會直接坍塌,而不會變成超新星--但Chen不同意這種說法。 在2014年的一篇論文中,Chen概述了一個模型,說明一顆約55000太陽質量的原始超大質量恆星如何經歷由爆炸性氦燃燒引起的超新星。在新的研究中,Chen和他的團隊模擬了這種事件的輻射動力學,並發現它們應該在事件發生後的幾十年內發出發光的光芒。由於紅移現象,宇宙的膨脹會使光的波長向光譜的紅色端延伸,這將會顯得非常紅。 最有趣的是,這應該在即將到來的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡等近紅外調查中可見。該團隊表示,這意味着我們很快就能探測到這些超大質量恆星超新星的余暉,並驗證這一假設。當然,也可能我們什麼也發現不了,只能默默地一個個把它們從名單上劃掉。無論如何,這都是另一個讓人興奮的理由,期待已久的 "哈勃"的繼任者的推出希望可以幫我們解答這一疑問。 該研究發表在《英國皇家天文學會月刊》雜誌上。 來源:cnBeta
美國宇航局發現一個超大質量黑洞發出極長的粒子流

美國宇航局發現一個超大質量黑洞發出極長的粒子流

美國宇航局宣布其天文學家發現了早期宇宙中一個超大質量黑洞發出的極長粒子射流的證據。這一發現是利用錢德拉X射線天文台感知到的,如果這一發現得到證實,它將標志着有史以來用X射線探測到了最遙遠的帶有射流的超大質量黑洞。 這個超大質量黑洞位於距離地球127億光年的一個星系中。研究人員希望從黑洞中噴出的氣體射流可以幫助解釋最大的黑洞是如何在宇宙中如此早期形成的。產生物質噴射的類星體被命名為PSO J352.4034-15.3373,簡稱PJ352-15。 這顆類星體位於一個年輕星系的中心,是一對已知的類星體之一,它在大爆炸後的頭十億年里產生了強大的無線電波。這顆類星體被認為比太陽大10億倍左右。科學家們想知道超大質量黑洞是如何在宇宙早期如此迅速地成長的,這個問題也是天文學的關鍵問題之一。 天文學家利用錢德拉天文台對PJ352-15進行了為期三天的觀測,探測到了物質噴射的證據。在距離該類星體16萬光年的地方已經檢測到了X射線發射。這意味着PJ352-15打破了多項天文記錄,包括從大爆炸後的第一個10億年觀察到的最長噴流的記錄。此前的紀錄保持者只有5000光年的長度。NASA說PJ352-15打破的第二個紀錄是距離。它位於距離地球約3億光年的地方,比之前探測到的最遠的X射線射流還要遠。探測到的射流發出的光是在宇宙9.8億年時發出的,還不到現在宇宙年齡的十分之一。 來源:cnBeta

科學家正調查太陽質量黑洞的起源及與暗物質的聯系

黑洞的起源是什麼,這個問題與另一個謎團--暗物質的性質有什麼聯系?暗物質包含了宇宙中大部分的物質,但其性質仍然未知。過去幾年內,激光干涉儀引力波天文台(LIGO)發現了多個合並黑洞的引力波探測。 2017年物理學諾貝爾獎授予Kip Thorne、Barry Barish、Rainer Weiss,2020年物理學諾貝爾獎授予Andrea Ghez、Reinhard Genzel和Roger Penrose,以慶祝黑洞存在的最終確認。由此,理解黑洞的起源成為物理學界的核心問題。 令人驚訝的是,LIGO最近觀測到了一個2.6太陽質量的黑洞候選體(事件GW190814,報道於《天體物理學雜誌通訊》896(2020)2,L44)。 假設這是一個黑洞,而不是一顆異常巨大的中子星,那麼它來自哪里? 太陽質量的黑洞特別耐人尋味,因為從傳統的恆星演化天體物理學來看,它們並不是預期中的黑洞。這種黑洞可能產生於早期宇宙(原始黑洞),也可能是由現有的中子星 "嬗變 "而來。有些黑洞可能早在恆星和星系形成之前就已經在早期宇宙中形成。 這種原始黑洞可能構成暗物質的一部分或全部。 如果一顆中子星捕獲了一個原始黑洞,黑洞就會從內部消耗中子星,將其變成一個太陽質量的黑洞。 這個過程可以產生一個太陽質量的黑洞群,不管原始黑洞有多小。 其他形式的暗物質可以在中子星內部積累,導致其最終坍縮成太陽質量黑洞。 發表在《物理評論快報》上的一項新研究推進了一項決定性的測試,以調查太陽質量黑洞的起源。這項工作由卡夫里宇宙物理與數學研究所(Kavli IPMU)研究員Volodymyr Takhistov領導,國際團隊包括加州大學聖地亞哥分校物理學傑出教授、天體物理學和空間科學中心主任George M. Fuller,以及加州大學洛杉磯分校物理學和天文學教授、卡夫里IPMU客座高級科學家Alexander Kusenko。 正如該研究討論的那樣,中子星被暗物質(微小的原始黑洞或粒子暗物質積累)吞噬後剩餘的 "嬗變 "太陽質量黑洞遵循原始宿主中子星的質量分布。由於中子星的質量分布預計在1.5個太陽質量左右達到峰值,因此較重的太陽質量黑洞不太可能來源於暗物質與中子星的相互作用。這表明,像LIGO探測到的候選事件,如果它們真的構成黑洞,則可能是來自早期宇宙的原始事件,從而極大地影響我們對天文學的理解。未來的觀測將利用這一測試來研究和識別黑洞的起源。 此前,同一個國際研究團隊也證明了小型原始黑洞對中子星的破壞可以帶來豐富的觀測信號,幫助我們理解重元素(如金和鈾)的起源和銀河系中心觀測到的511 keV伽馬射線過量等長期存在的天文學難題。 來源:cnBeta

撞向南極洲的幽靈粒子:被發現來自被黑洞撕裂的一顆恆星

據外媒CNET報道,2019年10月1日,地球被一顆幾乎以光速運動的、看不見的高能宇宙子彈擊中。實際上,每秒鍾都有數萬億顆這種星系間的子彈穿過地球,但人們卻毫不知情,對此人們不必太過擔心。但下面這個要介紹的這個特定拋射物卻非常特別。 ...
挑戰愛因斯坦的廣義相對論:黑洞可能長了「毛」

挑戰愛因斯坦的廣義相對論:黑洞可能長了「毛」

雙胞胎或許具有相同的基因藍本,但他們從內在的性格到外在的發型等,仍會表現出各種各樣的差異。但是黑洞就沒那麼多差異。根據愛因斯坦的引力理論,黑洞只能擁有三個特徵:質量、自旋和電荷。如果任何兩個黑洞的這三個值都一樣的話,我們就無法區分這兩個黑洞。換句話說,黑洞,沒有「毛發」。 ...
天空測量圖揭示宇宙中數萬個超大質量黑洞

天空測量圖揭示宇宙中數萬個超大質量黑洞

一個國際天文學家團隊公布了一張新的天體地圖,在這張地圖內有超過25000個超大質量黑洞。該地圖是低射電頻率領域最詳細的天體圖。它是由天文學家利用歐洲9個國家的52個帶有LOFAR天線的站點建立的。 ...

科學家對人類發現首個恆星級黑洞作出迄今最精確測量

中國科學院國家天文台最新消息,中外三個科研團隊分別對歷史上發現的第一個恆星級黑洞——天鵝座X1(Cygnus X-1)的距離、質量、自旋及其演化做出最為精確的測量和限制,發現該X射線黑洞雙星系統包含一個21倍太陽質量的黑洞,且自轉速度極接近光速。 ...
測量數據顯示天鵝座X-1系統包含一個質量高於此前預期的巨大黑洞

測量數據顯示天鵝座X-1系統包含一個質量高於此前預期的巨大黑洞

天鵝座X-1系統一直被認為包含了我們在沒有使用引力波探測器的情況下所探測到的最巨大的恆星質量黑洞。該系統中的巨大黑洞的質量是太陽質量的21倍。天鵝座X-1是距離地球最近的黑洞之一,最初發現於1964年。當一枚亞軌道火箭從新墨西哥州發射時,發現了這個巨大的黑洞,火箭上有一對蓋格計數器。 ...
霍金打賭服輸的黑洞重新精確測量!自轉速度接近光速

霍金打賭服輸的黑洞重新精確測量!自轉速度接近光速

2月19日消息,2月19日凌晨,國際科學期刊《科學》(Science)雜誌和《天體物理學報》(Astrophysical Journal)的三篇文章聯合發布了對歷史上發現的第一個恆星級黑洞——天鵝座X1(Cygnus X-1)的最新精確測量結果。 ...

中國新發現 這個「冕」竟能逃離黑洞……

浩瀚太空,中國「慧眼」識英雄。最新發現,有個「冕」竟然能逃離黑洞!對於宇宙中引力極其強大的天體黑洞,人們常用「光都無法逃脫」來形容它足以吞噬一切的可怕。不過,中國科學家團隊通過中國首顆空間X射線天文衛星「慧眼」(HXMT)觀測數據最新研究發現,一個俗稱「冕」的等離子體流竟然能逃離黑洞,這將給人們帶來對黑洞強引力場新的認知。 ...
正在尋找罕見黑洞的哈勃望遠鏡意外得到不尋常發現

正在尋找罕見黑洞的哈勃望遠鏡意外得到不尋常發現

據外媒報道,今日,NASA分享了一個關於哈勃太空望遠鏡的有趣最新進展。巴黎天體物理研究所(IAP)的天文學家們正在使用該望遠鏡研究球狀星團NGC 6397,在那里他們正在尋找一個中等質量的黑洞。正如NASA所描述的那樣,球狀系統是一個極其密集的恆星系統,它們的恆星緊密地聚集在一起,特別是NGC 6397距離地球的距離只有7800光年。 ...

怪出新高度,2020年紅毯「時尚黑洞」,是我高估了大明星們

2020年迷迷糊糊地過去了,年底了就想感嘆一句:時間過得真快。 娛樂圈里的明星們卻忙碌又充實,今年的時尚活動絲毫不比上一年少。上半年沒辦的,下半年都扎堆補上了,這麼多時尚活動,明星們早已疲憊不堪,觀眾們其實也都審美疲勞了。 那麼,要不要來看點新鮮的?回看2020年的時尚活動,哪位明星出其不意成為了紅毯黑洞? (以下排名不分先後哦) No.1 周筆暢 早在2019年就見識過周筆暢詭譎的穿衣風格,在2020年她又怪出了新高度。 這難道是七彩仙女裙嗎?怎麼感受到了一股濃濃的廉價塑料味,感覺是看到了成人版的幼兒園匯報表演的服裝。即便是裙子設計了收腰線,但還是顯得周筆暢氣場一米五。 一抬手,好傢夥!袖子暗藏乾坤啊,請問是從扇貝身上找到了靈感嗎? 另一場紅毯上,周筆暢又換了風格,臃腫中又透著點浮誇,行走的多層蛋糕說的應該就是她了吧? No.2 奚夢瑤 奚夢瑤以光速的時間結婚生子,她復出的速度更是槓槓!但這次的表現,只能用「泯然眾人矣」幾個字形容她了。 拋開她曾經是超模的身份,這次的表現真的還不如網紅。裙子松鬆垮垮像睡衣,整個人的狀態也好似沒睡醒一樣,臉頰和眼泡微腫,頭髮也像是沒梳好,離時尚差了十萬八千里。 No.3 姚晨 抱歉,姚晨這條裙子我先猶豫了一下這到底是藍還是紫…… 但不管了,藍紫色吧!裙子的裁剪很老土,荷葉邊領口、胳膊透視,再配上脖子上的項鍊和長筒黑皮靴,就莫名有種鄉村女企業家硬凹時尚的感覺。 No.4 關曉彤 這幾年關曉彤有多少辣眼造型,咱就不總結了,今年這套從看了第一眼開始就知道她又離時尚無緣了。 上衣遠看像百香果汁,近看像一盤韭菜炒雞蛋,再仔細一看原來是密密麻麻的綠葉和黃花粉花,這種配色真的太不適合做成衣服了,還是拿去炒菜吧。 No.5 柳岩 如果光看上半身的話,絕對是紅毯上一次驚艷的亮相,但柳岩這條裙子上加了個白色的東西,又是什麼鬼?是多餘的布料不知道怎麼消耗,還是裙子破了洞要打個修正檔。 從下往上拍柳岩,莫名有種恐怖片的氛圍。 累贅且毫無時尚感,設計師究竟在想什麼? No.6迪麗熱巴 迪麗熱巴向來都是「紅毯殺手」,有過不少出圈的紅毯造型。但這次表現,不僅是2020年度的時尚迷惑,更是她本人紅毯秀上的一次巨大翻車。 這套造型簡直是要把她往女版邁克傑克遜上靠攏,眉毛和唇形異常詭異,眼妝毫無美感,還顯得人很疲憊。請問這是誰給她做的設計啊,完全認不出來是迪麗熱巴了!你給我出來挨打! No.7 林依晨 林依晨這套雷人又土氣,但本人妝容和髮型更災難,能夾死蒼蠅的法令紋配上中分小波浪,發尾還帶著點土黃色,這還是我們認識的那個活潑的林依晨嗎? 來,活潑的林依晨來了,但…貌似也太「天真」了點,狗啃的妹妹頭傻氣十足,這種造型確定是給娛樂圈里的女明星嗎,明明就是村口的傻妞啊。 No.8鬼鬼吳映潔 鬼鬼這一套已經不能用雷人來形容了,先疑惑一下,這真的是能穿上走紅毯的服裝嗎?金色妹妹頭、粉色套裝,上衣裝飾了塊床單,褲子上貼了復古紋身貼,這造型簡直不要太雷! PS:林依晨和鬼鬼的照片,都出自於這一場時尚活動,其他明星也沒有幾位能倖免,勸大家不要想不開去看,因為真的好辣眼睛~ No.9 鹿晗 男明星的造型一旦用力過度,那辣眼程度一點不比女明星差。鹿晗在一次活動上用實力演繹了什麼叫「紅配綠,賽狗屁」,襯得鹿晗像10年前自以為很時尚的非主流。 No.10 吳亦凡 以前說到吳亦凡都是潮酷,今年他的審美就真的很迷惑了。 大碼白襯衣配背背佳,脖子上的塑料項鍊好廉價的感覺,這套真的不適合穿出來,還是拿去拍硬照用吧。 下面這套就真的好像軍訓服,一點都不像大牌服裝,身上的各種配飾更是Low,同款項鍊手鍊戴了三個,腰上還挎了個玩具槍,吳亦凡再戴上帽子都能直接去玩真人CS了。 2020年時尚活動不少,在紅毯上也出現了很多讓人驚艷的造型,但雷人的造型也是層出不窮。 看完了這幾位明星的紅毯秀,大家認為哪位明星能問鼎2020年度的時尚黑洞?(或者有其他提名,可以貼在評論區哦~) 來源:kknews怪出新高度,2020年紅毯「時尚黑洞」,是我高估了大明星們

科普:黑洞,開啟了物理學的一個新時代

2020年10月6日,英國人羅傑▪彭羅斯、德國人賴因哈德▪根策爾和美國人安德烈婭▪蓋茲因在黑洞研究中做出的貢獻而被授予2020年諾貝爾物理學獎。黑洞是什麼?為什麼說黑洞不黑?能看到黑洞嗎?人類能否製造黑洞?接下來,就讓老郭來為您盤點一下這些與黑洞有關的物理學知識。 一、黑洞是什麼? 日常生活中的洞通常都是物質缺失的地方,黑洞其實恰恰相反,它是缺失的對立面,那里是質量非常密集的地方,如此巨大的質量導致強大的重力可以吸引任何物質,甚至連光都不能夠逃離它的束縛。黑洞就像宇宙空間中的漩渦,吸進一切靠近它的物體。 嚴格來說,黑洞並不是一個非常新的科學概念,早在18世紀,牧師兼地質學家的約翰▪米切爾就從理論上思考過可能存在一種其逃逸速度大於光速的天體,不過米切爾並沒有真正推理出這樣的物體確實存在,只不過這是當時的一種想法。 1915年,愛因斯坦提出了著名的廣義相對論,隨後廣義相對論被用於宇宙學領域的研究,科學家們通過理論推導發現,大質量恆星可以塌縮成黑洞,並預言了黑洞有可能對周圍物質造成的影響。通過觀察這些影響,天文學家們有可能發現黑洞的存在。 20世紀20年代,德國物理學家卡爾▪史瓦西用廣義相對論建立了黑洞的數學模型,指出了黑洞視介面的存在,並給出了視介面的大小,這就是著名的史瓦西半徑。史瓦西用一個簡單的方程向大家展示了黑洞大小與其質量之間的關係。 20世紀60年代,美國物理學家約翰惠勒給這種天體命名為黑洞,隨著更多的科學家加入黑洞的研究,黑洞這個名稱就被科學界普遍接納下來。 二、黑洞其實不黑 從可見光的角度來說,黑色就是不反射光,對於黑洞來說,科學家們也曾經這麼認為,黑洞是不會向外輻射電磁波的。 剛剛獲得諾獎的英國物理學家彭若斯在研究帶電且旋轉的黑洞的時候發現,在這種黑洞的視介面和無限紅移面之間存在著能層,而能層中除了正常的正能軌道之外還存在著負能軌道。如果一個物體只在黑洞引力的作用下飛入黑洞的能層,並且碎裂成兩塊,如果其中一塊沿著負能軌道落入黑洞內部,則另一塊碎片就會沿著測地線飛往無窮遠。 對於無窮遠的觀測者來說,這個飛出黑洞的物體,其出射能量大於入射能量。這個過程被稱為彭若斯過程。受彭若斯過程的啟發,米斯納預言黑洞存在類似於受激輻射的超輻射。按照愛因斯坦在研究原子對光的發射和吸收時提出輻射有兩種,一種是自發輻射,另一種是受激輻射的思路影響,人們很快就得出了黑洞存在自發輻射的結論。 對於黑洞自發輻射研究做出卓越貢獻的物理學家就是史蒂芬▪霍金,這就是後來著名的霍金輻射。霍金輻射的發現完全出乎科學家們的預料,它表明黑洞不是一顆僵死的星,而是有著豐富內涵的。黑洞不是一個只進不出的洞,它能向外輻射粒子。黑洞不是恆星演化的最終歸宿,而是恆星演化的一個階段。 從此,黑洞不再是茫茫黑夜中的黑點,而是周圍發生著激烈效應的星體。黑洞熱效應的意義深遠,已經超出了天體物理學的範疇,它揭示了引力效應與熱效應的深刻聯繫,預示著物理學一個新時代的到來。正因為彭若斯對於黑洞研究的貢獻,才會被授予諾貝爾物理學獎。 三、黑洞能被看到嗎? 2019年10日晚9時許,包括中國在內,全球多地天文學家同步公佈人類歷史上首張黑洞真容。這一由200多名科研人員歷時10餘年、從四大洲8個觀測點「捕獲」的視覺證據,有望證實愛因斯坦廣義相對論在極端條件下仍然成立。 露出真容的黑洞,位於室女座一個巨橢圓星系M87的中心,距離地球5500萬光年,質量約為太陽的65億倍。它的核心區域存在一個陰影,周圍環繞一個新月狀光環。這是人類第一次凝視曾經只存在於理論中的天體——黑洞,一種體積極小、質量極大的天體,如同一個宇宙「吞噬之口」,連光也無法逃逸。 四、人類能否製造黑洞? 如今粒子加速器已經足夠強大,有可能在地球上產生微小的黑洞。2008年6月,吉汀斯教授在報告中稱,歐洲的科學家很快就會利用粒子加速器製造出人造黑洞。這些微型黑洞與宇宙形成時就已經存在的黑洞類似。由於霍金輻射的存在,這些小黑洞只能存在很短的時間。 結束語 儘管黑洞對於大多數喜歡科普的讀者來說已經不是什麼新概念了,但科學家們對黑洞仍然充滿著激情,對於黑洞的深入研究,有助於破解一些宇宙中的基本奧秘。也許你就是那個揭開謎題的人也說不定,看好你們喲。 來源:kknews科普:黑洞,開啟了物理學的一個新時代

科普:他們「看到」了黑洞——解讀2020年諾貝爾物理學獎成果

新華社北京10月6日電(記者羅國芳)2020年諾貝爾物理學獎頒發給了三位獲獎者,因為「他們發現了宇宙中最奇異的現象之一——黑洞」。 英國物理學家羅傑·彭羅斯證明黑洞是廣義相對論的直接產物。德國科學家賴因哈德·根策爾和美國科學家安德烈婭·蓋茲則發現,在我們銀河系的中心,有一個看不見的、質量極大的天體控制著周邊恆星的軌道,目前對這個天體的唯一解釋就是一個超大質量黑洞。 愛因斯坦提出的廣義相對論顛覆了傳統的空間和時間概念。他的方程式預言了黑洞的存在:大質量的天體會使空間彎曲、時間減慢,一個超大質量的天體甚至能吞噬光線,從而形成一片「絕對黑暗」的空間,這就是黑洞。值得一提的是,愛因斯坦本人並不相信黑洞真的可以存在。 然而,在愛因斯坦去世10年後,彭羅斯用巧妙的數學方法論證了黑洞可以形成,並對其進行了詳細描述:在黑洞的核心隱藏著一個奇點,它的時空曲率無窮大,密度也趨於無限大。一旦物質開始坍縮,就沒有什麼能阻止坍縮的繼續,所有物質只能沿一個方向走向奇點。這是一條通往時間盡頭的「單行道」。 彭羅斯這篇開創性的論文發表於1965年1月,至今仍被認為是自愛因斯坦以來對廣義相對論最重要的貢獻。現在,黑洞的中心存在奇點已成為科學界的普遍認識。 黑洞引力非常強大,甚至連光線也無法逃逸,沒有光線射出的邊界稱為「事件視界」。直接窺視黑洞是不可能的——黑洞所有的秘密都藏在它的事件視界內。但是,星星為孜孜以求的科學家們指明了方向。 利用恆星的軌道作為嚮導,根策爾和蓋茲提出了迄今最有說服力的證據,證明銀河系中心隱藏著一個看不見的超大質量天體。 100年前,美國天文學家哈洛·沙普利首先確定了銀河系的中心,即射手座(又稱人馬座)方向。但直到20世紀90年代,隨著更大、更先進的天文觀測設備出現,科學家們才得以對銀河系中心進行更系統的研究。 根策爾和蓋茲分別領導一個研究小組,自上世紀90年代初以來一直試圖透過塵埃雲觀測銀河系中央一個名為「射手座A*」的區域。根策爾小組最初使用位於智利的新技術望遠鏡(NTT),而後使用位於智利帕拉納爾山上的甚大望遠鏡(VLT)。而蓋茲小組則使用位於美國夏威夷冒納凱阿山上的凱克天文台。 近30年來,根策爾和蓋茲的團隊不斷完善觀測技術,追蹤觀測區域內眾多恆星中一批最亮恆星的運動軌跡。其中一顆恆星在不到16年的時間內完成了圍繞星系中心的完整運行,科學家們得以繪製出它的完整軌道。 兩個研究團隊在數十年如一日的觀測後得出一致結論:銀河系中心存在一個質量非常大且看不見的天體,在不超過太陽系的空間中聚集了約400萬個太陽的質量,使周邊恆星急速旋轉。對這個看不見的天體,目前唯一合理的解釋就是它是一個黑洞。 2019年4月10日,由全球8台射電望遠鏡組合而成的「事件視界望遠鏡」項目拍攝到人類歷史上第一張黑洞照片。被拍到的這個黑洞位於一個名為M87的星系中央,其質量是太陽的65億倍。在不久的將來,銀河系中央的黑洞「真容」可能也會顯露。 諾貝爾物理學獎評委會主席戴維·哈維蘭德在頒獎儀式上表示,今年獲獎者們的發現為研究緻密和超大質量天體開闢了新天地。但這些奇特的物體仍然提出了許多有待進一步解答的問題,並激發未來的研究。他說:「不僅有關於它們內部結構的問題,還有關於如何在緊鄰黑洞的極端條件下測試我們的引力理論的問題。」 來源:kknews科普:他們「看到」了黑洞——解讀2020年諾貝爾物理學獎成果

銀河系現巨型黑洞,距離地球最近的黑洞,會把地球吞噬嗎?

天文學家早就提出,在銀河系中央一個名叫人馬座 A 的區域可能盤踞著一個巨大的黑洞,但一直沒有直接的觀測證據支持這一假設。美國科學家最近報告說,他們在這一區域邊緣觀測到了一次 X 射線爆發,從而首次為銀河系中心黑洞的存在提供了強有力的證據。科學家推算出,這個黑洞質量超過 260 萬個太陽的質量,直徑約 1.5 億公里。 黑洞是什麼 黑洞,其實也是一種天體。它雖也存在於宇宙中,但卻不如恆星、行星那麼普遍。相比之下,黑洞更像是從地獄來的使者一樣,凡是它所到的地方,都將會寸草不生。 黑洞是現代廣義相對論中,宇宙空間記憶體在的一種天體。黑洞的引力很大,使得視界內的逃逸速度大於光速,是時空曲率大到光都無法從其事件視界逃脫的天體。 迄今有關黑洞的形成一直基於一個未經證實的黑洞理論,這個理論認為,當一顆大質量的恆星」死亡「時爆發成超新星,超新星的爆炸雲團形成黑洞。 黑洞是怎樣形成的 宇宙有三種形成它們的方式,它們都起源於大質量恆星:   1、當一顆恆星超過某一臨界質量時,也許是20到40倍的太陽質量,它的核心耗盡了核燃料在Ⅱ型超新星爆炸中結束生命,它的核心坍縮成一個黑洞。   2、在不同的情況下一個巨大的恆星(也超過20個太陽質量)可以直接坍縮成一個黑洞,沒有任何超新星信號(或吹掉它的外層)。   3、當兩個中子星合併或碰撞時其質量的3%-5%就會被拋入星際介質中,其餘的則形成一個黑洞。 距離地球最近的黑洞,會把地球吞噬嗎? 宇宙早期黑洞為王,超級黑洞曾經一度控制宇宙,它們吸入宇宙塵埃、星體和發射出大量穿越太空至今已運行若干億年的 X 射線。 科學家研究發現,地球附近有大量黑洞,而距離地球最近的黑洞是麒麟座V616,距離我們的太陽系也就不過2800光年。這是一個質量為太陽10倍左右的恆星級黑洞。我們都知道宇宙中各個天體間都存在著引力,而引力大小與天體的質量已經相互間的距離來決定的。而距離我們最近的黑洞麒麟座V616,由於其質量有限,其所產生的引力還不足以抵消地球引力,所以並不會將地球吸引過去。所以大家並不用擔心地球會被麒麟座V616吞噬。 黑洞吞噬的東西都去了哪里 科學家迄今仍無法解釋黑洞吞噬的東西去哪兒了。目前有兩種推測: 1、被吞噬的東西被黑洞消耗,變成熱輻射散溢出去了 科學家認為,黑洞說是在吞噬物質,其實只是將物質吸附於表面,同時進行壓縮,那黑洞一直在吞噬物質,豈不是黑洞一直在增大?但事實是有黑洞一直在消失,那黑洞吞噬的能量都去哪兒了。科學家認為,黑洞並不是孤立的系統,而是參與了整個宇宙的能量循環,黑洞應該具有在某個特定穩定下的熱輻射,而被吞噬的物質都被黑洞消耗,再以熱輻射的形式散溢出去了。 2、另一種說法就是白洞理論。 世間萬物相生相剋。既然有黑洞的存在,科學家認為也有白洞的存在。白洞是什麼呢?所謂的白洞就是一種特殊的高能天體,同時也是一種超高緻密物體,白洞與黑洞不同,白洞並不是吸收外部物質,而是不斷地向外圍噴射各種星際物質與宇宙能量,是一種宇宙中的噴射源。也就是說,白洞是黑洞的反轉,黑洞將宇宙中的物質能量吸入進去,然後所有物質能量都會由白洞在另一個宇宙中釋放出來,由於黑洞強大的引力會將光線也吸引進去,所以釋放出來的物質會呈現白色,因此叫做白洞。 來源:kknews銀河系現巨型黑洞,距離地球最近的黑洞,會把地球吞噬嗎?
游戲黑洞終於打開 「堡壘第二夜」今日上線 開啟全新篇章

遊戲黑洞終於打開 「堡壘第二夜」今日上線 開啟全新篇章堡壘之夜

《堡壘之夜》全新篇章「堡壘第二夜」已於昨日(10月15日)正式與千萬「鋤宗」弟子見面。本次更新以「黑洞」彩蛋的方式展開,為玩家帶來全新地圖內容藏身處、全新載具摩托艇、同時加入全新武器繃帶火箭筒,並加入匹配機制,對《堡壘之夜》競技環境展開優化。新賽季,新開始,期待各位玩家一同上線更新,體驗全新的篇章! 新賽季官方宣傳片: 新賽季季卡視頻: 【當世界墜入黑暗,如何從黑洞打開遊戲?】 10月14日晚上20:00,《堡壘之夜》開啟「黑洞大事件」。隨着堡壘大陸中央的火箭緩緩升起,夜空中開始充滿大量的裂隙,漫天的導彈在空中盤旋卻又被吸入了裂隙之中。 在一片混亂的同時,第X賽季中,懸浮在空中的隕石下方產生了巨大的黑洞將隕石吸入了其中。令人沒想到是,隨着時間的推移黑洞的吸引力愈發強勁,就連空中巴士、玩家……大陸中的一切都被吸入。 當所有的一切塵埃落定後,呈現在所有玩家眼前的只有深不見底的黑洞,而《堡壘之夜》的官網也顯示在全面重組之中,讓人不禁發問:「這到底是因為什麼?」 長時間的黑洞,也讓眾多玩家因為不能遊玩《堡壘之夜》而煩惱,但一起保衛家園的勇士卻一直堅信,縱使世界墜入黑暗,我們的回憶也永不退色,希望也將在新的篇章中開始。 【開啟新篇章探險之旅,體驗全新匹配機制】 在《堡壘之夜》迎來「堡壘第二夜」後,堡壘大陸發生也發生了翻天覆地的變化,趕快搭乘空中巴士一探究竟! 在「堡壘第二夜」中,所有的地點都將顯示為初始狀態,並標示為「?」,需要玩家親自解鎖,快來拼接堡壘地圖的每一個板塊,成為這片大陸的第一個探險者! 不僅如此,《堡壘之夜》還在遊戲中帶來了全新的改動。現在,使用鋤頭以外的武器攻擊摧毀汽油泵和丙烷罐都會對周圍的玩家以及建築造成爆炸傷害。而在地圖中還有神秘的藏身處供玩家遊玩,藏身處可以容納8名玩家,與其互動或者從高處跳下均可進入其中。在藏身處中,玩家可以舉起或拋出你的隊友或者對手,而對手在被拋出後還會承受一定的跌落傷害。 值得一提的是,為了玩家可以更加快速的上手以及了解《堡壘之夜》,在新賽季中,AI將與新的匹配系統相結合,而隨着玩家水平的不斷上升,AI的數量也會減少。 而《堡壘之夜》在「堡壘第二夜」中也開啟了全新的匹配機制,遊戲會基於玩家的基本水平進行匹配,讓實力相近的玩家進行遊戲。這樣不僅可以提升玩家的遊戲質量,也能避免因為水平不均而破壞部分玩家的遊戲體驗。 【體驗「劃水」新玩法,游泳、釣魚、開快艇!】 在過去的賽季當中,當玩家進入水中時會減緩一定的移速。為了讓《堡壘之夜》誕生更多有趣的體驗。 在「堡壘第二夜」中,《堡壘之夜》帶來「劃水」新玩法。玩家不僅可以在水中游泳,感受順逆流時的不同速度,而且可以使用全新載具——摩托艇在水中快速前進,並發射導彈。此外,摩托艇還可以在陸地前進,但會減少一定的生命值。 在激烈的戰鬥之餘,你是否想與好友一起進行一場垂釣大賽呢?在「堡壘第二夜」中,《堡壘之夜》邀請你使用全新道具——釣魚竿進行垂釣,玩家在水中可以獲得罐子、小魚、小鳥、咕嘟魚等神秘道具為接下來的戰鬥增添戰力,而釣魚竿還可以拖曳你的隊友或者對手,獲得別樣的歡樂。 而在戰鬥之中,一些玩家的槍法或許不是十分的精準。那麼,繃帶火箭筒的出現讓你也能為隊友提供最有力的保障。占據兩格物品欄的繃帶火箭筒可在面戰利品、寶箱、空投補給和稀有寶箱中找到,並且可以無限充能。在鎖定友方目標後,可為隊友和自己提供治療,需要注意的的是,繃帶火箭筒每次充能最多5次,每20秒充能1次,不會治療對手。 最後,《堡壘之夜》在本次更新中,對有所武器的史詩和傳奇品質進行了平衡性優化,通過加強史詩、傳奇品質武器或是對其他品質武器進行削弱,使兩者的區別更大,而玩家可以使用材料來升級武器的品質,這一改動也使遊戲中的各類物品得到更好的聯動。 【全新的護肝季卡】 在《堡壘之夜》新篇章的到來後,新賽季的「英雄季卡」也是每個玩家重點關注的部分,新賽季英雄季卡迎來全新升級——取消戰星機制,玩家可以選擇正常對局,或是完成挑戰任務提升季卡等級,而更加自由的選擇方式則讓遊戲更加「護肝」,升級更加輕松。 關於新季卡的活動目前正在籌備中,將於近期上線,敬請期待,而自行購買的玩家可在季卡活動上線後領取等值V幣。 《堡壘之夜》全新篇章「堡壘第二夜」今日正式上線,神秘的全新地圖以及樂趣橫生的全新玩法,海量內容陪伴千萬「鋤宗」弟子開啟全新堡壘之旅,快來一起上線遊玩吧! 來源:3DMGAME
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美國航空航天局研究證實:超級黑洞自轉速度接近光速

<p據外媒報道,NASA(美國航空航天局)近日宣布,最新研究證實,位於宇宙深處的怪物、超級黑洞自轉速度接近光速,即每秒鍾接近30萬公里。 <p這次NASA的研究對象為98億~109億光年外的一個「類星體」。而類星體實際上就是一個超級黑洞,其規模比起大多數小型銀河系(比如我們居住的銀河系)中心的超級黑洞還要大,經過研究,這個被命名為《Q2237+0305》的類星體核心超級黑洞的自轉速度接近光速,即每秒鍾接近30萬公里。 <p而今年4月人類首次拍到了《M87》銀河系中心的超級黑洞引發熱議,相比而言,地球所在銀河系中心的黑洞只有這個M87黑洞的千分之一大小。而如此難以想象的自轉速度與黑洞蘊含的巨大重力能量有着莫大的關系。 人類首張超級黑洞照片 來源:遊俠網

黑洞首次亮相就被網友玩壞! 貓眼、哥吉拉看過再也回不去

黑洞是宇宙中最神秘的天體之一。我們一直不知道,這個密度大到連光都無法逃逸的天體是什麼模樣。4月10日晚,世界上第一張黑洞照片終於揭曉,引起了無數人的關注。隨後網友們竟然開始瘋狂改圖,那些P過的照片超有創意。 ▼全球約200名科學家共同合作,通過8個射電望遠鏡陣列組成虛擬望遠鏡網絡「事件視界望遠鏡」(EHT),終於拍到了這張黑洞的照片。 ▼網友們看到照片後忍不住表示:「這根本就是一個甜甜圈嘛。」 ▼漫畫中也出現過黑洞。 ▼大和號從黑洞中駛出來啦~ ▼「不知道為什麼…我想到了這個。」 ▼黑洞是哥吉拉的眼睛? ▼貓咪的眼睛真的很像黑洞啊。 ▼也許10年後,人們會發現黑洞的本體就是甜甜圈。 ▼我們的錢包就像黑洞,能把所有的錢都吸光。 ▼1994年的CD封面已經預言了黑洞的模樣。 ▼Firefox和黑洞相似度高達90%。 ▼黑洞就像「索倫之眼」。 ▼吃甜甜圈的時候,你想到黑洞了嗎? ▼這是什麼奇怪的聯想啦?! ▼放過黑洞吧,它是無辜的。 ▼貓咪的…屁屁? ▼黑洞是一個會進化的生命體。 ▼這個甜甜圈真是絕了,連顏色都剛剛好。 ▼「用華為手機可以拍得更清楚呢。」 ▼眼睛和黑洞有相似之處。 大家的想像力太豐富了。你第一眼看到黑洞的時候想到了什麼?它真的很像甜甜圈啊~ 來源:Twitter 來源:Pagecupwwwallother