黑洞首張照片

　　綜合外媒報道，北京時間4月10日21點整，比利時布魯塞爾、智利聖地亞哥、中國上海和臺北、日本東京和美國華盛頓六地以英語、西班牙語、漢語和日語四種語言，召開了新聞發佈會，公開了人類首張黑洞照片，一直“活在傳說中”的黑洞終於露了真身。

　　這顆黑洞位於代號M87的星系（室女）當中，距離地球5300萬光年，質量相當於60億個太陽。

　　照片中，一個明亮的光子圓環圍繞着一個黑色的洞，和愛因斯坦廣義相對論預測的一模一樣。有網友戲稱這是個“黃金甜甜圈”。

　　望遠鏡在全球的分佈示意圖

　　長期以來，科學家一直在探索黑洞的祕密，但由於黑洞的不可視性，一直無法探尋。此次發現，可謂是人類對黑洞研究征途中史無前例的一大步。

　　黑洞到底是什麼？它如何形成？科學家如何觀測它？企鵝號“專業主義”第一時間全面梳理了黑洞首張照片的資訊，爲你詳盡、深度解讀這一重大發現的方方面面。

　　黑洞是什麼？如何產生？

　　“黑洞”是一個我們看不見的星體，但它也有不同類型，目前常見的類型有恆星黑洞和超大質量黑洞。

　　其實，“黑洞”最初只是愛因斯坦廣義相對論方程的一個數學解，沒有人知道它究竟意味着什麼，愛因斯坦也曾對它們的存在持懷疑態度。

　　黑洞模擬圖

　　美國宇航局想象的黑洞

　　直到20世紀30年代，印度裔美國天體物理學家蘇布拉馬尼揚-錢德拉塞卡（Subrahmanyan Chandrasekhar）提出了著名的“錢德拉塞卡極限”，說“黑洞是大質量恆星死亡的必然結果”。

　　這裏提到的就是“恆星黑洞”，它們通常是太陽質量的10-20倍，並散佈在整個宇宙之中，銀河系可能就有數百顆恆星黑洞。

　　按照地球的質量，如果它死亡會變成一顆白矮星，形成不了黑洞。

　　電影中出現的黑洞

　　簡單點來說，一顆恆星在正常運行時，內部會有熱核反應，產生的能量變成輻射，使星體向外膨脹，可自身引力又要把物質往回拉，兩者達到平衡時相安無事。

　　可當恆星變得衰老，中心燃料慢慢耗盡、能量不足時，兩股能量不能達到平衡。在外殼的重壓下，恆星內核開始坍塌，物質迅速往中心點集合，最終形成一個體積無限小、密度無限大的質點，這就是奇點。

　　因爲大量物質集中在一點，所以奇點周圍會產生一個強大的引力界面——“事件視界”。

　　一旦進入這個界面，即使是光，也無法逃脫，“恆星黑洞”就這樣誕生了。但這只是科學家的推測，直到1971年，當時研究天鵝座的天文學家發現了第一個黑洞——X-1黑洞。

　　可科學家觀測的兩個黑洞，人馬座A*和M87星系中的黑洞並不屬於恆星黑洞，而是屬於超大質量黑洞，它位於所在星系的核心。

　　但它的起源仍然是一個開放的研究領域，天體物理學家一致認爲，這種類型的黑洞是其它中等黑洞吸積物質或與其它黑洞合併、長大而成。但最初的“種子黑洞”起源仍有很多假設，目前尚未有定論。

　　黑洞爲啥看不見？能吞噬一切嗎？

　　前文提到，黑洞周圍有一個“事件視界”，進入視界的任何物體都不能逃出黑洞，按照廣義相對論，即使視界之外經過的光線不會被黑洞吸入，也會被強烈彎曲，就像光線被鏡片折射一樣。

　　哈佛大學天文學教授阿維·勒布說：“事件視界是最終的監獄牆，人們可以進入，但永遠不會離開。”

　　很多人把黑洞形容成一個吞噬一切的怪物

　　但關於黑洞吞噬一切，量子力學有另外的說法。

　　著名物理學家霍金曾在2016年提出，被黑洞吞噬的物質不會完全消失，有部分會以其它形式被釋放了出來，但這種形式難以還原和破解。

　　不少科學家一致認爲，很多物質被“吞噬”後，有部分被保存在“事件視界”上。

　　2016年6月8日，霍金說：“黑洞並不是永久監獄，如果你陷入了黑洞，不要放棄，有路可逃。”

　　如果我們不小心掉進去，會怎麼樣？

　　黑洞的引力強度取決於距它的距離，距離越近，引力越大，但這種引力對於遊客來說會因黑洞的質量有所不同。

　　例如，如果你掉入一個質量小的黑洞，在你到達“事件視界”前會經過一個“意大利麪化”（spaghettification）過程，你會被“拉成麪條”。

　　當然，如果你掉的是超大質量黑洞，你可能就感受不到這種拉扯的力量，但黑洞內部是旋轉的，最近的研究結果表明，黑洞的旋轉速度是光速的90%。可想而知，你會怎麼樣。

　　那黑洞是不是都很“貪喫”？

　　據瞭解，黑洞“人馬座A*”似乎在“節食”，它的質量是太陽質量的400萬倍，但它的吸積盤卻很暗淡。

　　吸積盤是指氣體和塵埃落入黑洞時形成的粒子圓盤。

　　但M87星系中的黑洞就很貪喫，它的質量達到了太陽的70億倍，可它不僅擁有非常明亮的吸積盤，還從吸積盤中噴出長達數千光年的能量射流。

　　當然，超大質量黑洞貪不貪喫可能和所在星系的穩定性有關，如果所在星系不穩定，就會有較多氣體和塵埃被推擠到黑洞附近，成爲食物，反之，星系穩定，黑洞只能被迫節食。

　　科學家如何獲得黑洞照片？

　　黑洞不發光，難以監測，科學家們只能“曲線救國”，通過觀測黑洞的吸積盤和噴流來判斷黑洞的位置。

　　據瞭解，吸積盤和噴流會因氣體摩擦產生明亮的光和輻射，很容易被探測到。

　　2017年4月5日，來自全球30多個研究所的科學家開展了一項意義非凡的偉大計劃，利用分佈在全球不同地區的8個射電望遠鏡組成一個觀測矩陣，這個矩陣被稱爲事件視界望遠鏡（Event Horizon Telescope，簡稱EHT）。

　　望遠鏡工作演示圖

　　2015年，事件視界望遠鏡主任Shep Doeleman博士在墨西哥工作

　　位於智利的射電望遠鏡

　　這些望遠鏡位於智利、夏威夷、亞利桑那、墨西哥、西班牙和南極，有效口徑可達到地球直徑大小，可以撈回海量數據，爲我們繪出黑洞模樣。

　　隨後，這些數據會在一臺非常強大的超級計算機的幫助下組合，由於數據較多，“打印照片”也很耗時，此次公佈的照片數據早在2017年就創建了。

　　黑洞會消失嗎？

　　20世紀70年代之前，很多科學家認定黑洞只進不出，永遠都不會消失，但1974年，霍金提出了“霍金輻射”，改變了大家的看法。在霍金看來，黑洞在吞噬物質的同時也在向外發送輻射，黑洞會隨着輻射的減少變小甚至蒸發掉。

　　霍金輻射

　　這個理論說，黑洞的質量越小，發射的輻射越多，越容易消失，但這種理論尚未被證實。

　　按照這種理論推斷，一個和太陽相同質量的黑洞需要10的64次方年纔會消失。

　　黑洞照片意味着什麼？

　　以往，我們看到的“黑洞照片”都是科學家觀測後的模擬圖，而此次的黑洞照片是望遠鏡真實拍攝到的。

　　此外，根據愛因斯坦廣義相對論，黑洞圖像是一個被明亮光子圓環圍繞的圓形或橢圓形“剪影”。此次照片的公佈，幫助我們打破一個物理理論僵局，廣義相對論和量子力學之間的矛盾，讓我們重新定義宇宙。（文/何閃閃 ）