其实跟一开始黑洞的命名也有关系。本来是爱因斯坦广义相对论的猜想,最后一点一点被证实。
为什么黑洞是红色的?
当人们拍摄到第一张黑洞“翡翠照片”时,已经是2019年了。此时,距离黑洞假说已经过去了将近100年。
名称已经输入,因此不容易随意更改。
很多人可能不知道的是,我们看到的黑洞照片其实并不是黑洞的真实图像,而是经过后期处理的。
黑洞照片其实是“照片骗局”
爱因斯坦和黑洞
说到黑洞,大家首先会想到霍金。霍金教授确实对黑洞做了很多研究,取得了很高的成就。
然而,霍金并不是第一个发现黑洞的人。它起源于爱因斯坦的广义相对论。
不管是狭义相对论还是广义相对论,在当时都是假设,没有实验支持,但这并不妨碍科学家研究相对论。
爱因斯坦的论文发表第二年,天体物理学家卡尔·史瓦西就开始研究爱因斯坦的引力场,经过计算得到一个固定值。
黑洞的概念与爱因斯坦有关
史瓦西认为,只要进入这个区域,不管是什么物质,都会被吸收。
根据史瓦西的计算,只要一个天体的半径小于这个固定值,它就会吞噬其他天体。后来这种镭被称为“史瓦西镭”。
后来,天体物理学家进一步改进了这一假说,得到了天体半径小于史瓦西、质量大得离谱、密度极高的假说。
由于光无法从这一区域逸出,理论上这个天体是不发光的,所以呈黑色,被称为“黑洞”。
卡尔史瓦西和他的“史瓦西半径”
从此,黑洞这个词诞生了,这在当时只是一个假说。即便黑洞真的存在,光靠光也无法探测到。
但如果不能用光学方法找到它,总会有其他方法。1970年,人类首次发现黑洞。
当时的人造卫星发现它们正在向天鹅座X-1的方向发射特殊射线,这与它们过去接收到的射线完全不同。
这一发现表明,黑洞不再是一个假设,而是宇宙中真实存在的物体,爱因斯坦又一次对了。
黑洞最初是一种假设
黑洞的存在可以作为广义相对论正确的重要证明。
但是,就像一开始定义的黑洞一样,它吸收了所有的物质,人类根本无法通过天文望远镜看到它的存在。
看不到为什么要拍照?
人类对黑洞的想象
拍摄黑洞
事实上,万众期待的黑洞照片是一个“照片骗局”。如果非要从严格意义上来定义的话,所有的太空图都有一定的Ps度。
黑洞的第一张照片是经过8台望远镜长期跟踪,最后在超级计算机中处理后合成的照片。
它是M87星系中的一个黑洞,距离我们5500万光年,质量是太阳的65亿倍。
黑洞的时空曲率很大,光无法逃逸,所以黑洞不发光。
但是,黑洞中心没有光,并不代表黑洞周围没有光。
M87黑洞的位置
很多人可能对黑洞有误解,认为它们像贪婪的蛇一样吞噬天体。事实上,被黑洞吞噬才是吸引恒星的方式。
在它被完全吸收之前,天体的其余部分仍然是明亮的,并且会发射出许多射线,例如伽马射线。
因此,天文学家在地球上从北半球到南半球的不同位置发现了8台天文望远镜,它们都在监测M87星系。
它们组成了一个称为事件视界望远镜(EHT)的望远镜系统,相当于一个口径为13000公里的大型望远镜。
参与拍摄黑洞的八台天文望远镜
所有这些望远镜都是射电望远镜。它们不是“看到”黑洞,而是接收黑洞周围的电磁波并将其转换为数据进行存储。
到监测任务完成时,2000多块硬盘已经装满了电磁波数据。
然后一切都会交给超算,也就是超算,用计算机来处理这些数据。普通计算机连这个都做不到,所以需要超级计算机。
来自美国和德国的超级计算团队处理数百亿千兆字节的数据并过滤掉不需要的数据。
超级计算机
其实早在2017年就已经完成了监控,但直到2019年才合成照片,可见背后的工作量巨大。
有时,科学家整天处理数百GB的数据,但没有一个B(字节)可用。
因此,这张照片不是拍摄的,而是电磁波信号转换而来的。
照片中的黑洞看起来像猫眼,中心是黑色,边缘是红色。网民开始调侃P图。
为乐趣而玩,用问题制造问题,你不敢拿科学的东西开玩笑。你不是说黑洞吗?为什么会变成“红洞”?
人类第一张黑洞照片
黑红黑红
对于黑洞为什么是红色的,很多网友也表示,没听说过“黑到深自然红”吗?
当然,这是个玩笑。事实上,霍金长期以来一直在研究黑洞的颜色。他相信黑洞周围有颜色。黑洞的颜色也始于它吞噬天体的“吸星法”。
当黑洞接近天体时,天体会被黑洞巨大的引力撕裂。这些碎片不会立即被黑洞吞噬,而是会像漩涡附近的水一样围绕着黑洞旋转。
黑洞吞噬天体
虽然它们被撕裂了,但是这些天体的组成原子并没有发生变化,比如恒星或者氢原子。
这些碎片在黑洞周围形成一个吸积盘,各种反应仍在进行,因此它会发光、产生射线甚至声音。
2022年NASA会听到黑洞吞噬的声音,这是非常罕见的,因为黑洞吞噬一切,它会吸收星云,而星云的主要成分是气体。
这时候黑洞的吸积盘就不是真空了,而是有了“空气”,内部吞噬的声音会通过星云的残余物传递出去。
太空中的各种星云
事件视界望远镜(EHT)捕获的信号也是吸积盘发出的电磁波。
我们看到的黑洞照片是红色的。这种红色实际上是经过超级计算机处理的吸积盘的颜色。大多数星星的颜色都是红、黄、橙三色,所以经过加工就变成了“红洞”。
此外,M87星系中的黑洞只是黑洞的一种。根据霍金的研究,黑洞应该有很多种,根据它们的物理性质:自旋不带电、不旋转不带电、不旋转不带电等。
那么黑洞是如何形成的呢?
不可能凭空出现在宇宙中吧?
黑洞霍金专家
黑洞的诞生
黑洞是大质量恒星“变黑”的结果,也就是它们的燃料全部燃烧殆尽,内部聚合反应已经达到铁元素,所有聚变基本结束。
这样的明星,不再闪耀、不再温暖,已经步入老年,气质相当暴躁。突然间,他想不开,爆发了。
这种爆炸被称为超新星爆炸。它会吹走恒星外的所有物质,只留下核心。原子核的半径小于史瓦西半径,质量很大。
遇到任何人都会被吞噬。
大质量恒星和太阳(左下方的小红点)
这个核心演变成一个黑洞,被吹走的成分在爆炸的能量中回到了它们最初的起点——氢原子。
它们形成了下一颗恒星诞生的星云。
我们的太阳系诞生于星云,也就是说它的前世很可能是一颗恒星变成了黑洞。
太阳会变成黑洞吗?不,因为太阳太小了,它只是宇宙中一颗普通的恒星,最终只能“悄悄”演化成一颗白矮星。
太阳的家是一颗白矮星
这种沉默只对大质量恒星而言是相对的。太阳在晚年会非常暴躁,但它的质量不允许它爆炸。到目前为止,人类只对两个黑洞成像,M87星系黑洞和我们自己的银河黑洞人马座A*,但宇宙中的黑洞可不止这两个。
射手座A*
未来,还会有更多黑洞照片曝光,在人类不断探索中脱去它们“可怕”的外衣。