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银河系的中心,真的是个黑洞!猜测了一百年,我们终于看到了它的样子

银河系的中心,真的是个黑洞!猜测了一百年,我们终于看到了它的样子

科技新闻

昨天,事件视界望远镜(Event Horizon Telescope,EHT)合作组织公布了一张照片,成为人类探索宇宙的又一新的里程碑:
人类第一次拍到了银河系中心巨型黑洞的照片…

过去的近一百年里,它存在于广义相对论的数学推导中,存在于人们接收的神秘电波中。
如今,银河系中心终于对人类揭开了面纱,让人类第一次看见它的模样:
那是一个巨大的黑洞,它真的在那里…
困扰人类近百年的宇宙谜团,今天得以彻底水落石出。
银河中心到底是什么?
这个疑问,早在上世纪30年代就有人提出了。
1932年,美国无线电工程师Karl Jansky意外探测到了一团来自银河中心的神秘无线电波,这一件事不仅标志着无线电天文学的诞生,也拉开了人类探索银河中心秘密的序幕。

受技术和研究所限,当时的人们只模糊地认为银河中心似乎有一个无线电波源,至于它到底是什么,却完全没有概念。
一直到1974年,这个无线电波源才再次被天文学家识别并加以确定。
从此,银河中心有一团光亮且致密的无线电波源的说法,成了天文学界共识。两位观测它的天文学家将其命名为“人马座 A*”(Sagittarius A*)。因为这团神秘电波是从人马座方向过来的,念作“人马座A星”。
到了80年代,由于黑洞理论的进步和完善,有科学家提出大胆的猜想:
银河中心的那束致密的“强光”,可能是一个巨大的黑洞发出来的…
黑洞想象图

什么黑洞呢?
很多人都听说过这个名词,通俗的解释就是:
如果大量物质密集集中到一点,会变成一个“可怕”的天体,这个天体宛如一个深渊巨口,拥有无比强大的引力,在引力的中心,连光都逃脱不掉。
当然,黑洞的引力也有作用的范围,只有在这个范围之内的光才逃不掉。
这个范围界面,被称为事件视界(Event Horizon)。
通过模型计算出来的外形来看,事件视界就像一个吸积盘,稠密的光环和气体物质紧紧环绕着它。

如果在宇宙中走近看它,它大体是电影《星际穿越》构想的这个样子…

有科学家通过模型和数据推测,如果银河中心是一团无比稠密的物质,那么,它们可能也会在引力的作用下收缩坍塌,密度越来越大,最后,光、空间和时间将全部收缩进一个无法回头的“奇点”,也就是黑洞。
很多的人可能注意到了,我们前面刚说黑洞的引力之大到“连光线都无法逃脱”,
那能发射光线和致密电波的银河中心,又怎么可能是黑洞呢?
这就要说到黑洞的另一个特点了:
黑洞虽然一片“漆黑”,像个貔貅,物质在它身边基本只进不出,但黑洞还有一个令人惊讶的现象:
它们吃下东西后,偶尔还会“打嗝”…..
黑洞这个“吃货”吞噬周围星体和其他物质的同时,也会不时喷出大量的X射线,一些天文学家将这种现象戏称为黑洞“打嗝”。
当黑洞喷出X射线时,正是人类观测并证实它们存在的良机!
黑洞“打嗝”模拟图

因此,当有望远镜观测和检测到“人马座A星”有类似黑洞“打嗝”的X射线闪光时,银河中心是黑洞的可能性就开始大了起来。
不过,过去三十年里,围绕银河中心到底是不是黑洞,科学界依旧有反复拉锯和争论。
甚至到2000年前后,依然有天文学家在尝试其他可能性:
比如论证银河中心“人马座A星”其实是一团非常紧凑的星系…

但是,天文学家们观测到间接证据表明,银河中心是黑洞的可能性极大。
天文学家观测了银河中心的大量恒星运动,注意到这些恒星的运动轨迹非常诡异:
它们运动速度快得离谱,而且许多星星似乎在围绕某个看不见的引力强大的物体做环形运动,不少星星公转的速度高达24000公里/秒,达到了光速的8%。

这样的现象说明,大批恒星正被某个引力超强的物体牵引着高速运动,而这个物体又并不像星星那样发光。
那么,这个看不见的物体是巨型黑洞的可能性极大!

到了2018年,欧洲南部天文台(ESO)又拿出了更新的观测数据:
只有当银河中心是一个巨大黑洞,一切观测数据才符合数学模型!
从提出猜想,到数学模型,再到数据论证,人类离“银河中心是个黑洞”的说法越来越近,科学家们甚至算出人马座A*(Sgr A*)的天体是个巨大的黑洞,质量是太阳质量的400万倍。

但是,平息一切争论,最直观最有力的证据,则莫过于“看”到它,把它的照片拍下并展示出来!
近一百年过去,科学技术有了长足的进步,望远镜的分辨率也在成倍提高,但要看清黑洞,还需要比强大的哈勃望远镜分辨率高出1000 倍以上…
时至今日,科学家利用单个望远镜可以实现黑洞周围恒星位置的测量,可比起恒星,黑洞的尺寸依旧小得难以置信。
黑洞,对于今天的我们来说,依然太小….
当时,为了看清黑洞,科学家们绞尽脑汁,终于想出了神奇的办法:
一个望远镜的分辨率不够,可以利用地球上多个位于不同地方的望远镜,在同一时间进行联合观测,最后将数据进行相关性分析之后合并!

于是几年前,由全球30多个国家通力合作,动用了全世界8台望远镜,构筑的一个相当于地球直径那么大口径的虚拟望远镜——“事件视界望远镜”(Event Horizon Telescope,EHT )启动。

这8台望远镜在几天里集中观测出的数据,又经过了几年的数据处理和相互验证。
2019年,经过几年奋战,科学家们终于“拍”出了史上第一张照片“黑洞照片”。M87星系核心的黑洞照片!

距离地球5300万光年的M87星系核心黑洞我们都能观察到,那么距离我们27000光年,银河中心那个“人马座A星”黑洞,能不能如法复制呢?
银河中心“人马座A星”

当然可以,但难度却更大。
因为,“人马座A星”虽然离我们近得多,尺寸却比M87星系黑洞小了1500多倍,从地球上观测“人马座A星”,就好比从地球上观察月球表面放的一个甜甜圈,难度可想而知了。
不仅如此,“人马座A星”黑洞周围的气体几分钟就环绕它运动一次(M87星系的气体环绕一周是几星期时间),这样的快速运动给拍摄成像带来了极大的难度。
也因此,尽管对银河中心黑洞的观测几乎和M87同时开始,数据处理和分析却耗费了更长的时间。
不管怎样,在全球科学家的密切配合下,我们终于得见银河中心的真面目:
一个同样宛如甜甜圈,由无数明亮的光线和气体环绕的黑洞,呈现在人类面前。

从上世纪30年代就让人类好奇的那一团来自银河中心的神秘电波,如今终于完整地呈现在我们面前,它是一个巨大的黑洞,吸附着无数光子和气体,冷酷又美丽。
同时,对银河中心黑洞的详细观测,也有助于人类研究我们所在的银河系的形成和起源。
或许在不远的未来,关于我们来自哪里,会得出更加神奇的答案。

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来源: hereinuk
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