嘿,你听说了吗?之前 NASA 宣布,他们通过哈勃望远镜,发现了一个在银河系周围 “溜达” 的流浪黑洞。据说这黑洞是恒星演化后的产物。虽说这不是人类第一次发现黑洞了,但这消息一出来,还是让人忍不住激动。


你还记得 2019 年,第一张黑洞照片公布时的场景吗?当时大家一边惊叹黑洞照片居然这么难拍,一边又纳闷为啥黑洞看起来是红色的。这就引出了两个超有趣的问题:黑洞到底是黑的还是红的?为啥随着对黑洞研究越来越深入,大家都感叹爱因斯坦又说对了呢?

爱因斯坦在上个世纪就预言了黑洞的存在,可那时候人类观测水平有限,一直都没办法看到宇宙中的黑洞。再加上黑洞引力超强,大家对黑洞里面啥样完全不清楚,这就使得黑洞的形象被传得神乎其神。



在有黑洞照片之前,大家发挥想象力,描绘出自己脑海里黑洞的样子。直到 2019 年 4 月,第一张黑洞照片公布,这个宇宙中的神秘 “幽灵” 才终于被揭开了一点面纱。

这张照片是事件视界望远镜(EHT)的国际合作团队,用全球多个毫米波望远镜组成的干涉阵拍摄到的。照片里的黑洞位于椭球星系 M87 的中心,和咱们地球隔着大约 5500 万光年的距离呢。

其实啊,事件视界望远镜国际研究团队的天文学家们,一开始选了两个超大质量黑洞作为观测目标。一个是最后出现在照片里的 M87 黑洞,另一个是位于银河系中心的超大质量黑洞。这俩黑洞和地球的距离差很多,银河系中心的超大质量黑洞离我们大概只有 2.5 光年,但 M87 黑洞的大小约是太阳的 60 亿倍,银河系中心的黑洞大概是太阳的 400 万倍。所以,要是只看黑洞的阴影和 “光环”,M87 黑洞更典型。



可为啥它是红色的呢?这和黑洞自身的性质有关。大家都知道黑洞会把周围的物质吞进去,但它 “吃东西” 可不是一口吞下去。对于质量大的恒星,黑洞会慢慢 “品尝”。

炙热的恒星在被吞噬的过程中,表面物质会形成吸积气体流,这些气体流绕着黑洞运动,这就是我们常说的吸积盘。我们看到的黑洞照片外环的 “红色”,其实就是吸积盘。

那吸积盘为啥是红色的呢?难道被吞噬的恒星都是红色的?其实啊,吸积盘的红色和恒星颜色没啥关系。是因为研究团队选择用红色来呈现捕获的光线。EHT 用望远镜观测时,用的是 1.3mm 的波长作为观测波长,而观测到的亚毫米波不在可见光范围内。所以,为了把黑洞的吸积盘呈现出来,就得后期给它配色。大家选了红色,当然要是想换成别的颜色也行,不过这个处理过程可挺麻烦,通常得靠超级计算机。



爱因斯坦那可是世界上最伟大的科学家之一。神奇的是,他虽然已经离开我们很久了,但留下的预言一个接一个地被证实。早在广义相对论里,爱因斯坦就说宇宙中存在 “黑洞”,还对黑洞做了一些描述。

回顾黑洞的 “预言史”,第一个预言黑洞的人可不是爱因斯坦哦。早在 1783 年,那个经典力学统治物理学界的时代,地质学家米歇尔就提出宇宙中存在 “暗星”,后来拉普拉斯把这事儿写进了自己的书里。

但那时候大多数人都不太相信黑洞真的存在,所以黑洞的概念提出后,也没引起太多关注。直到爱因斯坦建立广义相对论,物理学家史瓦西很快得出了史瓦西解,这两大 “巨头” 一合作,黑洞的样子才呈现在大家眼前。



从广义相对论的角度看,黑洞是空间的一个奇点,可以把它理解成时空弯曲到不同程度的一种表现。也可以看成是 “引力塌缩” 后,物体体积变得极小、质量密度极大时的极限状态。

很明显,黑洞被证实存在,还直接被拍到了照片,这些都说明爱因斯坦又说对了。不仅如此,加州大学伯克利分校的天文学家还认为,银河系中心的黑洞验证了爱因斯坦的理论,证明了他理论里的预测。

加州大学伯克利分校的德里亚・盖兹和杰西卡・卢,追踪了银河系中心黑洞附近的一颗恒星。这颗恒星绕着黑洞轨道高速运行,在这个过程中,它扭曲了时间和空间的几何形状,而且越靠近黑洞,它的光就会发生引力红移,这种引力红移和广义相对论的预言完全相符。

杰西卡・卢说:“测量超大质量黑洞周围的引力红移,实际上开启了检验广义相对论的新时代。”



总之,爱因斯坦给世界留下了好多 “预言”,随着这些预言一个个被证实,人们对这位伟大科学家的敬佩之情也越来越深。

值得一提的是,不管是给黑洞 “洗照片”,还是追踪黑洞附近的恒星,背后都离不开超级计算机的帮忙。要是没有它,我们想揭开黑洞谜题的一点点都难。

超算,其实就是超级计算机啦。咱们上文提到的第一张黑洞照片,就是研究小组靠它 “洗” 出来的。那个红色的圈,也是通过计算机特殊处理得到的。

因为超级计算机运算能力超强,人们经常用它来模拟宇宙中的特殊 “事件”。比如说,黑洞吞噬恒星的过程,就可以用超算建个模型。

除此之外,美国普林斯顿大学的研究员巴尔特・里珀达和他的研究小组,利用超算集群,生成了一个黑洞视界之外的图像,向大家展示为啥黑洞会突然发出耀眼的光芒。

多亏了超级计算机这么厉害,现在虽然我们没办法穿越漫长的光年距离,亲眼看到黑洞周围发生的变化,但能通过一些算法在电脑上把这些变化 “展现” 出来。

虽说从理论上讲,这些模型和图像,咱们外行人可能看不懂,但只要研究者能通过模拟找到更多关于黑洞的信息,那未来总有一天,我们能破解黑洞更多的秘密。说不定哪天,黑洞在我们眼里就不再神秘啦!

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