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史上首张黑洞照片将发布:黑洞是怎么形成的,为何难露真容?

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“事件视界”读起来好像有点麻烦。为什么是这个项目名称?似乎有些学生不明白,有必要解释一下黑洞周围有一个球形时空边界,超过这个边界我们就永远不会知道会发生什么事了。黑洞的Schwarzschild半径就是这样一个边界。因此,顾名思义,事件视界是我们可以看到(或用仪器检测)的极限线。因为任何东西,包括光、无线电波或粒子流,只要进入就永远出不去。

什么是黑洞?黑洞很容易被想象成一个黑洞,这不是真的。我们知道,所有的物体都有重力,质量越大,重力越大,摆脱它所需的逸出速度就越大。(第一宇宙的速度是7.9km,第二的速度为11.2km,第三的速度为16.7km/s),所谓的"黑洞"是这样的天体:它的引力场很强。甚至光不能逸出(光速2.9979*10μm/s)。

根据广义相对论,引力场会弯曲空间和时间。当恒星非常大时,其引力场对时间和空间的影响很小,并且来自恒星表面上的点的光可以在任何方向上以直线发射。恒星的半径越小,其对周围空间和时间的影响就越大,并且以某些角度发射的光将沿着弯曲空间返回到恒星的表面。

当恒星的半径足够小到某个值(天文上称为“施瓦茨柴尔德半径”)时,即使是从垂直表面发出的光也会被捕获。这时,恒星变成了一个黑洞。说它“黑色”意味着它就像宇宙中的一个无底洞。一旦任何物质落入其中,“它似乎”就无法再逃脱。事实上,黑洞确实是看不见的。这就是我们不能直接观察黑洞的原因。我们稍后再谈。

那么黑洞是如何形成的呢?事实上,像白矮星和中子星一样,黑洞很可能是从恒星演化而来的。当恒星老化时,它的热核反应耗尽了中心的燃料(氢),而中心产生的能量也不多。这样,它就不再有足够的力量来承受外壳的巨大重量。因此,在外壳的压力下,核心开始塌陷,直到它最终形成一颗小而致密的恒星,并有能力再次与压力保持平衡。

质量较小的恒星主要演化为白矮星,而质量较大的恒星很可能形成中子星。根据科学家的说法,中子星的总质量不能超过太阳质量的三倍。如果超过这个值,即使密度足够大,足以与自身的重力竞争,也会导致另一个大的塌陷。

根据科学家的计算,材料将不可阻挡地向中心点行进,直到它成为体积趋于零并且密度趋于无限的“点”。一旦它的半径缩小到一定程度(Schwarzschild半径),正如我们上面所描述的那样,巨大的引力使得均匀的光不可能向外发射,从而切断了恒星与外界之间的所有联系 - “黑洞诞生了。

与其他天体相比,黑洞是如此特殊。例如,黑洞有一种“隐形艺术”,人们不能直接观察它。即使是科学家也只能对其内部结构做出各种猜测。那么黑洞是如何隐藏自身的呢?答案是弯曲的空间。我们都知道光是直线传播的。这是最基本的常识。但是根据广义相对论,空间在引力场的作用下会弯曲。此时,尽管光仍然沿着任意两点之间最短的距离传播,但它不再是直线,而是曲线。想象一下,光似乎应该是笔直的,但是强大的引力把它从原来的方向拉了出去。

在地球上,这种弯曲是最小的,因为引力场的影响很小。在黑洞周围,空间的变形是非常大的。通过这种方式,即使来自被黑洞阻挡的恒星的一些光落入黑洞并消失,另一部分光也会绕过黑洞进入弯曲的空间,到达地球。因此,我们可以很容易地观察到黑洞背面的恒星,就像黑洞不存在一样,这就是黑洞的隐身。

更有趣的是,一些恒星不仅通过向地球发射的光直接到达地球,而且它在其他方向发射的光也可能被附近黑洞的强大引力折射到地球。所以我们不仅可以看到星星的“脸”,还可以看到它的侧面,甚至它的背面!

“黑洞”无疑是本世纪最具挑战性和令人兴奋的天文学研究之一。我们一起来见证今晚这个历史性的时刻!

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