太空中共舞的双黑洞

放大字体  缩小字体 2020-05-25 19:10:25 来源:腾讯生活作者:责任编辑NO。姜敏0568

较小的黑洞盘绕较大的黑洞运转,大黑洞也被一盘气体围住。当较小的黑洞穿过圆盘时,会发作亮度超越1万亿颗恒星的耀斑(图源:NASA)

满博成供稿

4月28日,美国国家航空航天局(NASA)发布了天文学家最新观测到的OJ 287星系中双黑洞的“共舞”现象。其间较大的黑洞质量是太阳的180亿倍,是现在人类观测到最大的黑洞,而另一个黑洞的质量是太阳的1.5亿倍。

较小的黑洞每12年先后碰击两次大黑洞周围由气体尘土组成的吸积盘,构成的耀斑比一万亿颗恒星还亮,乃至比整个银河系都亮。惋惜的是,因为距离悠远,磕碰宣布的光需求35亿年才干抵达地球,也就是说,咱们正真看到的现已是曩昔的现象了。

人类对黑洞的探究

万有引力规律是艾萨克·牛顿爵士在1687年于《天然哲学的数学原理》上宣布的,规律内容为:恣意两个质点经过连心线方向上的力彼此招引。该引力的巨细与它们质量的乘积成正比,与距离的平方成反比。

这也是地球盘绕太阳公转的根本原因,在黑洞强壮的引力影响下,世界间的物质在向着它不断聚集,乃至连光都难以逃脱。相同,在大质量黑洞的引力下,小黑洞开端了轨迹不规则的公转旅程。

万有引力规律(图源:beatricealforte)

人类对黑洞的研讨由来已久。1783年,英国天然哲学家约翰·米歇尔在写给亨利·卡文迪什的信中就提出了这样的主意,他以为一个和太阳平等质量的天体,假如半径只要3公里,那么这个天体将是不行见的,因为它宣布的光无法逃离其外表。

1939年,美国物理学家奥本海默根据广义相对论理论核算得出,一颗质量超越太阳质量3倍(奥本海默极限)而又没有一点热核反应的“冷恒星”,必定会在本身引力的效果下坍缩成为黑洞,也就是说该恒星渐渐的变成了逝世遗骸。

首张黑洞图片(图源: EHT)

2014年,霍金提出观念,由恒星爆破发作黑洞是很不实际的,因为它们的质量不足以让其爆破后坍缩构成黑洞,一起还提出了新的“灰洞”理论。该理论以为,物质和能量在被黑洞困住一段时刻今后,会被从头释放到世界中。

新的“灰洞”理论能否应战经典理论的位置还需求时刻的查验,不过有一点能够必定,因为万有引力的存在,小黑洞很可能会在一万年内被吞噬。

双黑洞体系的观测与研讨

在本次发现的双黑洞体系中,小黑洞盘绕大黑洞一圈的周期大约是12年。可是因为轨迹不规则,小黑洞与大黑洞的吸积盘发作磕碰并发作耀斑的时刻并不固定。有时耀斑呈现的距离只要一年,而有些时分则相隔数十年。

因而,科学家对轨迹进行建模和猜测耀斑发作的时刻花费了几十年的时刻。2010年,科学家们建立了一个模型,能够将耀斑发作的猜测规模缩小到三周内。经过这个模型,他们成功猜测了2015年12月呈现的耀斑,然后证明晰模型的可靠性。

双黑洞体系盘绕示意图(图源:NASA)

2018年,印度孟买塔塔基础研讨学院(Tata Institute Of Basic Research)的科学家进一步完善了这个模型,而且成功猜测了2019年7月31日的碰击,此次碰击所发作的耀斑幸运地被同日进入观测窗口的NASA斯皮策太空望远镜捕捉到了。

斯皮策太空望远镜是现在人类所具有的最活络的红外天文望远镜,它与哈勃望远镜同属美国大型轨迹天文台方案,也是全球首个脱离绕地轨迹并与地球同步运转的太空望远镜,这使其成为少量能在特定时刻观测到太阳反面OJ 287星系的天文望远镜。

斯皮策太空望远镜(图源:NASA)

值得一提的是,这次磕碰的成功观测为科学家们研讨“无毛定理”供给了根据。“无毛定理”是由史蒂芬·霍金等科学家在20世纪60年代提出的,该理论猜测了黑洞“外表”的性质。尽管黑洞没有实在的外表,但科学家们以为黑洞周围有一个鸿沟,超越这个鸿沟,任何东西(包含光)都无法逃脱。

有观念以为,外缘即事情视界可能是崎岖的,也可能是不规则的,但“无毛定理”假定“外表”没有这样的特征,乃至连头发都没有。换句话说,“无毛定理”以为黑洞的外表是润滑而对称的。

而在此次观测过程中,较小的黑洞恰好在科学家们猜测的时刻穿过了吸积盘,然后表明晰OJ 287星系的超大质量黑洞是对称而滑润的。不过很可惜,在这必定理被证明的时分,霍金教授现已逝世了。

参考文献:

https://www.nasa.gov/feature/jpl/spitzer-telescope-reveals-the-precise-timing-of-a-black-hole-dance

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