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黑洞是否真正存在? 有什么证据能证明黑洞确实存在?近日，英国驻华大使馆文化教育处在北京古观象台组织了一次有关黑洞奥秘的科技咖啡馆活动。在这个中国古代的天文观测场所，英国杜伦大学天文学系主任马丁?伍德教授提出一个大胆的预测：“通过外太空天文望远镜的观察和一系列测量，我们观测到，在银河系中有20多个不发光物体的质量都超过太阳质量的3倍，所以，我们判断银河系中存在20多个黑洞。” 2000年以来，伍德曾历任欧洲空间局天文工作组主席、英国研究委员会科学协会主席、英国皇家天文协会副主席等职。他在黑洞、银河系外星系和恒星的形成等研究领域颇有建树，曾发表或合作发表论文300余篇。
形成黑洞有两种方式 一是质量非常大的恒星爆炸后产生黑洞，二是两个中子星合并后形成黑洞。基本上可以认为有两种不同类型的黑洞，一类是质量相当于太阳质量3～50倍的小黑洞，另一类是质量相当于太阳质量100万～10万亿倍的大黑洞。 “黑洞就像极限运动一样，在这些极限运动中，运动员的能力和体能被挑战到最顶点，而在黑洞的形成过程中，物理现象已经到达了极限。”伍德说，当光线遇到黑洞的时候会发生弯曲，这种弯曲的角度取决于黑洞质量的大小，黑洞质量相当大时，甚至能把光线全部吸收。 要想脱离黑洞的吸引力，就必须至少具有光的速度，这也是为什么黑洞是黑色的原因。“这样，我们就面临一个问题，如果黑洞本身是黑色的或者是黑暗的，而我们整个宇宙也是黑暗的，我们怎样证明、怎样知道这些黑洞是否存在?我们的答案是，必须依赖于在黑洞周围所发生的一些现象或者物质，而不是黑洞本身。”他说。
普通物质靠近黑洞会变得非常热 伍德说，当普通恒星的物质，也就是一些气体不断靠近黑洞时，黑洞就会变得非常热，并发射出X射线，科学家就是通过探索这些黑洞周围发射出来的X射线来观测黑洞的存在。“但是，只是探测黑洞周围的X射线是不够的，这只能帮助我们测量黑洞的质量到底有多少。但是当一颗普通恒星经过黑洞周围时，就会挡住黑洞发射出来的X射线。通过这样的观测，我们还可以发现黑洞的轨道。”他说，通过这些办法，可以测量黑洞的质量，如果其质量超过太阳的3倍，就可以证明那个地方存在一个黑洞。 伍德运用这些方法来测量银河系核心部分的恒星轨迹，通过同样的方式计算银河系核心可能是黑洞的部分的质量。最后他认为，在银河系的核心部分存在一个黑洞，其质量达到太阳质量的200万到300万倍。 “我们相信在整个宇宙中也存在类似的黑洞。很可能在时间起点的地方，就存在着黑洞，这个黑洞就好像整个宇宙的种子，形成我们各个不同的星系，也决定着这些星系以一种什么样的方式来演化。”伍德说。 伍德认为，按照目前所知，如果用最简单的语句来说明宇宙是什么，或许可以得到这样的答案：宇宙的75%由一种黑色的能量构成，另外25%由黑色的物质构成。物质中只有非常小的一部分是我们看到的普通物质;换言之，整个宇宙差不多有97%的部分是由我们所不了解的物质构成的。 “我鼓励在座的各位年轻人，希望你们以后从事物理学或者天文学方面的研究，继续探索我们的宇宙到底是什么。黑洞对我们来说如此重要，我们要了解为什么有现在，必须追溯到时间的起点。就像中国古代哲学家所说，如果我们要预知未来，就必须研究我们的过去。”伍德最后说。宇宙中最大黑洞质量为太阳的180亿倍 据国外媒体报道，芬兰科学家日前发现了宇宙中最大的黑洞，它的质量为太阳的180亿倍，大小相当于整个银河系。在它的旁边有一个质量略小的黑洞，科学家通过测量小黑洞的轨道，用较强的重力场作用现象证实了爱因斯坦的相对论。 这个宇宙最大黑洞是此前天文学家所记录最大黑洞的6倍，它距离地球35亿光年，形成在OJ287类星体的中心位置。据悉，类星体是一种非常明亮的星体，这种星体在持续螺旋进入一个大型黑洞后释放出大量辐射线。 这黑洞旁边较小黑洞的质量为太阳的1亿倍，它环绕着较大的黑洞以椭圆形轨道运转着，运行周期为12年。两个黑洞距离很近，小黑洞环绕一段时间后可与大黑洞周边物质发生挤压碰撞，而每次碰撞都会让OJ287类星体突然变得明亮。 根据爱因斯坦的相对论推测，小黑洞运行时自身也会旋转，这将产生引力，这样两个黑洞的距离将越来越近。这种类似现象也存在于太阳与水星之间，只是水星轨道的作用不是很明显。对于OJ287类星体而言，较大黑洞的重力场是如此之大，以致小黑洞的运行轨道出现了令人难以相信的39度倾斜，当小黑洞碰撞大黑洞的周边物质时，这种旋进作用就会发生改变。 芬兰图尔拉天文台由莫里?瓦尔顿恩领导的天文研究小组记录下了这两个黑洞因碰撞所产生的12次光亮，并结合小黑洞的环绕轨道周期，测量出了小黑洞的运动等级比率，并由此推算较大的黑洞的质量大概是太阳的180亿倍。 黑洞究竟能有多大呢?美国德克萨斯州大学克雷格?惠勒表示，黑洞的大小取决于它围绕的物质区域的长度，以及黑洞为了生长吞噬宇宙物质的速度，从理论上来看黑洞的大小是没有上限的。 瓦尔顿根据相对论推测，两个黑洞曾经在2007年9月13日发生过爆发现象，如果轨道没有正常衰退，在此后的20天又会发生一次爆发现象。他强调指出，在未来1万年里OJ287类星体内的这两个黑洞将发生合并。 惠勒称，黑洞明亮爆发现象与相对论观点相符合，事实上爱因斯坦的理论告诉了我们未来它将会发生什么。黑洞周围物质都成“炸面圈”状 据美国太空网报道，当你看到这张时，请你不要产生食欲，因为图中呈现的炸面圈是宇宙物质在黑洞周围形成的。目前，科学家最新研究证实，无论黑洞质量的大小，围绕黑洞周围的宇宙物质都将形成一个炸面圈的形状。 最新研究显示每个黑洞周围物质都成“炸面圈”状 黑洞本身是不可见的，但是天文学家们通过黑洞周围的其他宇宙物质受影响程度而探测到黑洞的存在，这些宇宙物质受小型球体空间中产生的巨大重力影响。当宇宙物质朝向黑洞以光速抵达并被加热时，从黑洞区域喷射出的强辐射线将立即环绕在黑洞周围。 美国国家历史博物馆天体物理学家巴里-麦克柯南(Barry McKernan)说：“这将是一个非常零乱和结构复杂的环境，但是宇宙物质落入黑洞范围内都会呈现出相同的‘炸面圈’形状，无论黑洞的质量大小。” 麦克柯南和同事们分析了245个活跃星系核心，在星系核心位置存在着超大质量黑洞。这些黑洞吞噬着落入的气体，并喷射强大的放射线束，照耀着数十亿颗恒星。这些黑洞的质量非常大，是太阳质量的100万至1亿倍之间。 研究人员特别测量了围绕在黑洞周围的X射线和红外线，并测试了这两种放射线之间的关系。他们发现X射线可能来自于接近黑洞的炽热物质，红外线可能来自于距离黑洞更遥远的温暖宇宙物质。 通过对比黑洞附近的X射线和红外线的比例，麦克柯南和他的同事们直接描绘出宇宙物质如何分布在黑洞周围。最终他们得出结论：无论黑洞的质量大小，环绕在黑洞周围的宇宙物质都会在黑洞中心位置形成一个炸面圈的形状。同时，通过该研究科学家也证实了黑洞的真实存在。人体落入黑洞将会怎样? 美国科罗拉多州大学安德鲁-汉密尔顿(Andrew Hamilton)和加文-波尔希默斯(Gavin Polhemus)基于爱因斯坦的广义相对论建立了一个计算机模拟系统，描述了重力如何扭曲空间和时间。他们虚构了一个人类观测者从太空轨道中落入一个太阳500万倍质量的巨大黑洞，这个黑洞的大小相当于银河系的中心。 当人体逐渐接近黑洞时，将会看到黑洞中包含着一些黑暗环状结构，标识出“事件穹界”(指黑洞的边界)——没有任何物体能够逃离事件穹界的束缚。从黑洞后面的恒星释放的光线将直接被事件穹界所吞噬，来自其他恒星的光线则仅仅被黑洞重力作用所弯曲，形成围绕黑洞周围的扭曲变形图像。 事件穹界的史瓦西半径(Schwartzschild radius)有1500公里，当人体进入黑洞穿越这一范围时，你会感觉到永远无法接近它，因此事件穹界会一直吞并你前方的光线，从你的视觉来看，你是永远无法抵达事件穹界。 在计算机模拟程序中，汉密尔顿和波尔希默斯在事件穹界上标注红色格子，这样有助于更加形象化人体进入黑洞时的过程。当人体穿过史瓦西半径，另一种视觉现象由浮现出来——一些白色格子围绕着你所在位置，如果还有其他人一同穿过事件穹界，你将看到他们会跟随着你一起坠入黑洞深渊。这一奇特的景象意味着你到生命的最后一刻，此时你已非常接近黑洞中心，你将感觉到强大的潮汐作用力。如果你是脚向下落入黑洞深渊，重力在你头部的作用力将比足部的作用力弱一些，以一位观测者的角度看，在头部之上的光线被拉伸，逐渐过渡至红色光谱范围，最终红移(光谱线移向红的一端)进入空白状态，人的整个视野将被压缩进入一个“水平环”(horizontal ring)。 这项研究可能将揭晓黑洞的谜团，量计算将显示出黑洞的复杂性，在早期的研究工作中，研究人员曾估算模拟实验中在黑洞里可能会形成更多的混乱信息，其数量远超出观测者所观测到的信息。汉密尔顿说：“这项可视化黑洞之旅对于我们帮助很大，该模拟实验让我们与黑洞的奇特视觉现象有了近距离接触，整个三维宇宙被压缩成二维表面。”最大恒星黑洞为太阳质量24倍多 据国外媒体报道，美国宇航局表示，美国天文学家在距离地球180万光年的仙后座星群中，发现围绕一颗恒星运转的最大恒星黑洞。它的质量是我们的太阳的质量的24到33倍，足以创下最新纪录。 美国宇航局表示，10月17日，他们在M33星系中发现一颗恒星级黑洞，它的质量是我们的太阳的质量的16倍。这颗最新发现的恒星级黑洞的质量超过了以前发现的黑洞的质量。天文学家在星系中心发现这种特别庞大的超大质量黑洞，恒星级黑洞拥有特别强大的重力场，甚至是光都无法从它身边逃脱。天文学家通过测量它们的瓦斯泄出和对它们围绕其轨道运行的恒星的重力影响，估计它们的质量。马萨诸塞州剑桥市,哈佛-史密斯索尼安天体物理中心的安德里亚·毕莱斯顿说：“我们没想到会发现如此质量的恒星级黑洞。” 该研究结果发表在11月1日的《天体物理杂志通讯》上，毕莱斯顿是这篇论文的主要作者，他和他的科研组利用美国宇航局的“钱德拉”X射线太空望远镜，发现了这颗最新的恒星级黑洞。他说：“现在我们知道那些由‘垂死的’恒星形成的黑洞可能会比我们以前认为的更大。”他的科研组之所以能测量这个黑洞的质量，是因为它有一个轨道同伴——一颗炙热的，经过高度进化的恒星。这颗恒星以风的形式喷出气体。其中一些物质盘旋着冲向黑洞，在穿越极限点之前，它们被加热，并释放出强大的X光。黑洞不是“无色的”周围可能围绕着光环 据麻省理工学院《技术评论》(Technology Review)杂志报道，天文学家认为，星系中心的超大质量黑洞不再是“无色的”，其周围可能围绕着光环。 星系中心的超大质量黑洞不再是“无色的” 据报道，天文学家利用甚长基线干涉测量法，已经在黑洞成像技术方面取得了长足进步。人们普遍认为，在不远的将来，还会开发出更加先进的观测方法。 根据理论预测，黑洞周围的光环，由黑洞吸引和束缚的光子组成。这个光环并没有穿透“事件穹界”，仅仅位于“事件穹界”的外围。事件穹界，即黑洞周围让物质有去无回的边界，在边界以外观测不到边界以内的任何事件。光环的直径可能比其围绕的黑洞直径大几倍，利用未来的成像技术可能可以看到它们。现在天文学家最急切希望的是，利用甚长基线干涉测量法等手段，可直接测量黑洞的质量。 天文学家认为，他们将很快会直接观测到黑洞，并且能够观测到这些光环。广义相对论有一个著名的黑洞 “无毛发定理” (No-Hair Theorem)， 它表明稳定黑洞的内部性质被其质量、 电荷及角动量三个宏观参数所完全表示。阿里桑那大学专家蒂姆?约翰森(Tim Johannsen)和迪米特里奥斯?帕萨提斯( Dimitrios Psaltis)指出，位于星系中心的黑洞是验证“无毛发定理”的最合适的对象。黑洞或为通往宇宙其它区域入口 据国外媒体报道，理论物理学家最新研究表明，黑洞的中心或许并不像当今认为的那样具有无限大的密度，而是通往宇宙其它区域的入口。 黑洞的引力是如此之强大，以至于光线都无法逃脱。黑洞通常是在恒星发生剧烈的超新星爆炸之后形成的。根据广义相对论，每一颗黑洞中心都有一个密度无穷大的“奇点”。“奇点”具有无穷大的性质意味着，空间和时间在那里停止。长期以来，科学家一直在寻求一种避免所有已知的物理定律在“奇点”处失效的方法。 根据最新的研究，黑洞的中心或许根本就不存在密度无穷大的“奇点”，这是一个基于圈量子引力理论的新发现。圈量子引力理论是一种试图把量子力学和广义相对论统一起来的主流理论。科学家认为，黑洞的中心仅仅是一个高度弯曲的时空区域。这也是长期以来，人们孜孜以求的用量子引力化解黑洞“奇点”的方法。 正如圈量子引力把宇宙大爆炸的“奇点”看做通往其它宇宙的桥梁一样，黑洞中的“奇点”可看做是通往宇宙其它区域的通道。 然而，目前科学家利用的模型还非常简单，仅仅由高度弯曲的时空构成，而不包含真实的物质。该模型是高度球对称的，而不像真实的黑洞那样由于具有自转，从而导致失去球对称结构。因此，科学家下一步的任务就是增加该模型的复杂性，把物质和非对称因素考虑进去，期待得到更加符合实际的结果黑洞的奥秘：连光都无法逃脱 据国外媒体报道，黑洞可能是宇宙中最奇怪、最常被误解的天体，是大质量恒星在核聚变燃料耗尽后发生引力坍缩所形成的，同时也是我们对物理学理解的极限。黑洞之所以具有强大的引力，是因为诸如数倍太阳的质量被压缩在不大于一个城市的空间内，即便是光也无法逃脱其表面，黑洞让我们认识到宇宙中的绝对极限以及空间自身的结构。 从概念上看，黑洞并不是非常地“复杂”，它们可类比与大质量恒星密度极高的核心而已，大多数恒星(诸如我们的太阳)在其生命结束时会将其外层物质通过猛烈的爆炸抛离到周围的宇宙空间中，但是如果恒星质量超过了八倍太阳质量，那么其演化过程将更加“令人深刻”。恒星核心物质在核燃料耗尽的末期经历了剧烈的变化，物质被快速压缩导致恒星内核环境失去了平衡，由此产生的超新星爆发在各星系中都可以被观测到。 图中显示的是超新星N49，位于大麦哲伦星云方向，距离地球大约16万光年，而大麦哲伦星云属于我们的卫星星系，该图像由不同波段的观测记录叠加，显示了在x 波段(紫色)，红外线波段(红色)和可见光波段(白色、黄色)叠加后的情景。超新星N49只有大约5000岁。落入黑洞你将会看到什么 如果你碰巧落入黑洞之中，那么你看到的最后一件事可能是非常美丽的景色，根据美国宇航局的研究显示，在黑洞的事件视界之外存在大量的物质群，它们构成了可见的物质群，因此黑洞的事件视界可以认为是一个安全的距离，在这个距离之外，你可以逃离黑洞，并且有着各种已知物理定律的统治，如果我们进入黑洞中，那么就需要面临物理定律失效的情景出现。 这种模拟落入黑洞的研究由美国宇航局钱德拉X射线天文台的团队所建立，比如炙热的黑洞吸积盘。黑洞可导致强烈的引力弯曲，就连光线也无法逃脱黑洞的引力束缚。落入黑洞的物体可转换为能量形式从两级释放出来，其速度可达到相对论速度，因此在模拟研究中，科学家也测试强大X射线流的激发过程，同时了解到黑洞这个庞然大物是如何演化的。 被美国宇航局科学家选中的黑洞称为GRO J1655–40，科学家探测到不寻常的闪烁，研究人员认为该闪烁信号可能源于黑洞，其质量大约是太阳质量的7倍左右。科学家认为如此极端的闪烁必然隐藏着更大的奥秘，其背后的机制是深入研究的重点，但是我们目前不能完全理解黑洞吸积盘的工作原理，这会直接影响到我们对黑洞的研究，科学家认为我们有机会直接获得黑洞事件视界之外的照片，在不久的将来实现。掉进黑洞10亿分之一秒会发生什么 离黑洞中心越近，引力就越强。如果你被黑洞的引力吸住，你会以自由落体运动一头扎进它的中心。随着你越来越靠近黑洞中心，牵引力会变得越来越强，这一结果会在你身体上产生所谓的“引潮力”。也就是说，作用在你头上的引力比作用在你脚趾上的引力更强，因此你会一头扎进黑洞。引力导致你脑袋的加速度比脚趾的加速度更快，这种差异将会不断拉伸你的身体，直到将它撕成碎片。 最先撕开的是身体上最脆弱的关节，随着“引潮力”变得比将身体连接在一起的化学键(chemical bonds)更强，整个身体将会被撕开。最终你将变成一些没有联系的原子。这些原子将排成一条直线，继续向前运行。就如泰森描述的那样，你将像“从管子中挤牙膏一样，被挤压着穿过太空。”没有人知道那些原子到达黑洞中心后会发生什么。 在一个像大型强子对撞机的末日论者预言的那种小黑洞里，这种分解会在瞬间发生。事实上，这个过程在你还没有跨过“黑洞表面”之前就会发生，整个分解过程大约不超过十亿分之一秒。一个黑洞吞噬的物质和人越多，它变得就越大。随着体形增大，黑洞的致命程度会稍稍降低。 黑洞的体积增大导致它内部的引力差异变得更加不明显。如果你掉进一个巨型黑洞中，在你穿过“黑洞表面”之前，引力的变化率和引潮力产生的影响或许不足以将你撕碎。如果你掉进一个足够大的黑洞中，你在最后时刻的感觉，将有点像在一个被扭曲的单相镜里面。外界的人看不到你，但是你能看到他们。这期间引力将改变光线的方向，最后使你慢慢变形。外星人或存在于黑洞内部 有科学家认为，外星人或生活在黑洞之中，一部分黑洞可以拥有复杂的内部结构，从而允许光子、粒子甚至行星围绕其中央的奇点运动。 奇点是黑洞中时空变得无限大的区域，在黑洞的内部的某些区域，只要条件合适，时空将再次显现。科学家称，只要一个旋转中的带电黑洞质量足够大，它便能削弱它向其视界之外施加的强大引潮力。 科学家确定光子可以在这样一种带电黑洞内部稳定的周期性轨道中存在。但在一个黑洞内侧的柯西视界以内，可以允许粒子甚至行星的存在。柯西视界是在这一边界层区域，时空维度开始发生转变。 据悉，这一区域的物质得以免于被黑洞摧毁，从四周绕行的光子中得到光和热，并从黑洞的奇点得到能量。两道严密的视界和外部世界分隔开的黑洞内部区域，是一个非常合适的区域。只要技术足够发达，先进的文明或许可以做到这一点，在星系核心的大质量黑洞内部生活，由于视界的阻挡，外部世界完全观察不到它们的存在。
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