光都逃不出黑洞，X射线流却可以逃出去，原因何在？

宇宙中有很多奇妙的天体。一般大家会根据名字来想象。

那些美丽的星云基本上都是根据它们在宇宙中的样子被命名为的，例如玫瑰星云、鹰状星云、蟹状星云等等。

玫瑰状星云NGC2244宇宙中永不褪色的。那么黑洞就像它的名字一样，一个黑暗的虚空

其实不是这样的，真正的黑洞就像一个甜甜圈，它的中心确实是黑色的，但是它的周围有一个非常明亮的环形结构。

黑洞看起来好像可以吞噬宇宙万物

黑洞到底是什么？为什么黑洞可以吞噬物质？什么是X射线流？被它吞噬的物质去了哪里？让我们来看看为什么光不能从黑洞中逃脱，但X射线却可以逃脱？

宇宙暴食——黑洞

在相关定义中，黑洞是指时空曲率大到连光都无法逃出事件视界的天体

1916年，德国天文学家卡尔·史瓦西研究了“地平线”。他指出，如果一颗静止的球对称恒星的实际半径周围会出现一种神奇的现象，那就是会出现“视界”。

德国天文学家卡尔·史瓦西

几乎所有的物质都进入这个界面，无法逃脱，即使是宇宙中速度最快的光也无法逃脱。这个天体被美国物理学家约翰·阿奇博德惠勒称为“黑洞”。

光之所以无法逃逸，是因为黑洞具有非常强的引力，使得在事件视界内的逃逸速度大于光速。

也是因为黑洞把光吃光了，所以我们不仅不能用肉眼观察到，以前用望远镜也很难观察到。

美国物理学家PutinDeWheeler

• 黑洞的形成

黑洞几乎可以吞噬宇宙中所有的物质，与其形成有很大关系。此前，科学家研究了恒星的生命，我们了解到，恒星终将灭亡。

当大质量恒星燃烧掉内部的所有物质时，超新星爆炸的概率就很高。

根据原恒星的质量，在超新星爆发时，它的核心会留下一颗中子星，不断的放出光和热。但如果恒星质量更大，它就会在核心留下一个黑洞。

哈勃卫星拍摄的超新星遗迹1E0102.2-7219（蓝色），直到所有物质都变成中子，此时内部空间和时间也在被压缩，以至于核心被压缩成一个密集的星星。

此时黑洞的中心是一个奇点，由黎曼曲率张量构建的标量多项式向中心发散。十倍甚至上百倍），它还产生巨大的引力，以至于任何靠近它的物质都会被吸收。

黑洞吞噬恒星

从黑洞中逸出的X射线流

科学家之所以命名为黑洞，是因为黑洞的引力吸收了大量的可见光，使我们无法观测。但在2019年，科学家模拟了直径与地球一样大的“事件视界望远镜”，观测到了位于处女座的黑洞。

• 黑洞为什么能被观测到？

这个黑洞位于一个名为M87的巨型椭圆星系，，它的质量大约是太阳的65亿倍，距离地球5500万光年。

科学家们拍下了第一张人类观察到的黑洞照片，我们可以看到黑洞并不是一片黑暗，它仍然在发光。

第一张黑洞照片

科学家之所以能拍到这张照片，其实是因为他们发现当黑洞周围聚集气体时，由于黑洞带来的加速度会发出一些辐射黑洞的引力，这些辐射被喷射到黑洞的两端，包括X射线流和伽马射线等等离子体流。

黑洞喷出急流

X射线作为光的一种，它可以自然发光。M87发出的射线流长达5000光年，因此被科学家观测到。

但是从逻辑上讲，光不是不能从黑洞中逃逸出来吗？那为什么X射线能从黑洞中逃逸出来呢？

• 黑洞的吸积盘

我们从黑洞的照片中可以看出，它的中心确实是一个黑色的质量，但是在它的周围却有一个的明亮质量。光环的存在被称为黑洞的吸积盘。霍金证明每个黑洞都有一定的温度，质量越大的黑洞，其温度越低，反之亦然。

黑洞吸积盘的形成

由于高温气体辐射热能的效率会影响吸积流的几何和动力学特性，导致薄盘具有较高的低厚盘，也就是说，黑洞的质量越大，周围的吸积盘就越明显。

黑洞强大的引力场会使物质被吸引到吸积盘压缩，其温度高到足以激发电磁辐射，而且大部分在吸积盘的X射线区域光谱。

事实上，这些逃逸的X射线流并不是从黑洞中心发出的。或许我们可以理解为在被吞入黑洞胃中之前被吐出。

黑洞喷射出X射线流

• X射线流会促进黑洞的快速成长

这些喷射出的X射线流似乎不仅能让人类观测到黑洞的存在，而且还能在一定程度上促进黑洞的快速增长。科学家通过位于智利拉斯坎帕纳斯天文台的大麦哲伦望远镜进行红外观测，在距地球130亿光年外发现了一个超大质量黑洞。经证实，这个黑洞就是2015年发现的急流的来源。

大型麦哲伦望远镜

科学家随后使用美国宇航局的钱德勒X射线天文望远镜探索了距离地球127亿光年的超大质量黑洞的天体物理喷流现象。这是人类首次在X射线中观测到最遥远的天体物理喷流。

据了解，这股急流持续了近几十万光年，它的射流足以为黑洞提供一定的补给，使得黑洞不断扩大。

钱德拉X射线天文台的目的是观测天体的X射线辐射科学家们通过模拟实验发现，事实并非如此。

德国汉堡粒子加速实验室的科学家模拟了黑洞吞噬恒星的过程。

当一颗恒星接近黑洞时，它会在短时间内被黑洞的引力牵引。大量的恒星物质会在黑洞周围延伸大片区域，但进入黑洞的恒星物质只有1%，剩下的大部分物质被挤压成射线从黑洞的两极喷出黑洞。

这就是为什么会有大量的X射线逸出，也就是黑洞中经常发生的“物质井喷”的现象。

黑洞吸积形成喷流

虽然我们把黑洞看作是恒星的坟墓，但是根据这个实验，我们发现黑洞并不会吞噬掉所有的恒星物质，大量的物质仍然会被弹射出去，说不定这些物质将来有机会形成新的恒星。

当然，有些明星的下场会比较凄惨。一些小质量恒星可能会直接被黑洞撕成物质流，然后吞入黑洞中心。在那里我们不知道它会发生什么，它的结局是一个未知数。

每一颗进入黑洞的恒星的命运都是不同的

黑洞也会消亡

但是和宇宙中的所有恒星一样，恒星也会面临灭绝的那一天。当黑洞周围再也没有可以吞噬的物质时，它可能会逐渐蒸发消失。

前面我们提到黑洞本身有一定的温度。黑洞的质量越小，它的温度就越高，蒸发也就越快。

黑洞开始蒸发后，会开始收缩，然后粒子在失去质量时也会增加逃逸速度。但黑洞的消失并不容易观察到，要么时间太长，要么转瞬即逝。

大质量黑洞遇上小质量黑洞

霍金计算出，太阳质量的黑洞完全消失大约1x10^66。而如果是小质量行星那么大的黑洞，那么它的蒸发速度会非常快，只有1x10-21秒。

• 白洞

因为我们无法观察到黑洞内部的情况，而被黑洞中心吞噬的物质也不见了，所以科学家提出可能存在白洞黑洞的另一边。

除了这个白洞和黑洞一样有封闭的边界，其余的是完全和黑洞相对。

白洞是一个强引力源，其外引力性质与黑洞相同。

黑洞吞噬，白洞释放，所以被黑洞吞噬的物质会从白洞回到宇宙。在宇宙论中，也有虫洞的说法。有科学家认为，黑洞和白洞连在一起形成虫洞。

虫洞是路德维希·弗莱姆在1916年首先提出的概念

但是不管是虫洞还是白洞，科学家们都还没有观测到相关天体的存在，所以目前还不是理论上和猜想，既然可以观测到黑洞，那么这两个天体未来也有可能被观测到。