证实黑洞存在：科学家找出8种方法

原标题：证实黑洞存在：科学家找出8种方法 来源：参考消息网

参考消息网9月15日报道 美国趣味科学网站8月25日发表文章《我们知道黑洞确实存在的八种方法》，作者是科普作家安德鲁·梅。全文摘编如下：

在天文学的所有奇异概念中，黑洞可能是最异乎寻常的。作为宇宙中引力极其强大、连光都无法逃逸的区域，这些黑暗的庞然大物也是一种相当可怕的设想。由于一般的物理定律都会在黑洞中失效，人们很容易将黑洞视为科幻小说中的东西。然而，有大量直接和间接的证据表明，黑洞在宇宙中确实存在。

爱因斯坦的“有力预测”

作为一种理论可能性，黑洞在1916年被卡尔·施瓦茨席尔德预言，他发现黑洞是爱因斯坦广义相对论的必然结果。换句话说，如果爱因斯坦的理论是正确的（所有证据都表明它是正确的），那么黑洞肯定存在。

剑桥大学称，罗杰·彭罗斯和斯蒂芬·霍金后来为黑洞提供了更坚实的基础，他们表明了任何坍缩成黑洞的物体都会形成一个奇点，传统的物理定律会在那里失效。这一观点已被广泛接受，彭罗斯因发现“广义相对论有力预测黑洞形成”而成为2020年诺贝尔物理学奖得主之一。

伽马射线暴

美国国家航空航天局称，上世纪30年代，印度天体物理学家苏布拉马尼安·钱德拉塞卡尔观测了恒星在核燃料耗尽时会发生什么。他发现，最终结果取决于这颗恒星的质量。

美国国家航空航天局称，如果这颗恒星真的很大，比如说质量为太阳的20倍，那么它的致密内核（质量可能是太阳的3倍甚至更大）就会一路坍缩成黑洞。最后的内核坍缩以极快速度发生，只需几秒钟，它会以伽马射线暴的形式释放出大量能量。这一爆射向太空释放的能量可能相当于普通恒星在整个寿命中释放的能量。地球上的望远镜已经探测到许多次这样的爆射，其中有些来自数十亿光年以外的星系，因此我们实际上能够看到黑洞正在诞生。

引力波

黑洞并非总是孤立存在，有时会成对出现，相互环绕运行。当它们这样做时，它们之间的引力交互作用会在时空中产生涟漪，这些涟漪会以引力波形式向外传播，这是爱因斯坦相对论做出的另一个预测。

据美国太空网站报道，借助激光干涉引力波天文台等观测台和室女座探测器，我们现在有能力探测这些引力波。首个关于两个黑洞合并的发现于2016年宣布，更多的发现随之而来。

据趣味科学网站报道，随着探测器灵敏度的提高，人们发现了除黑洞合并之外的其他引力波产生事件，比如黑洞和中子星之间的碰撞，这发生在距离地球6.5亿至15亿光年的地方，离我们的银河系非常遥远。

不可见的伴随者

在整个可观测宇宙中，我们或许在中途看到产生伽马射线暴和引力波的短暂高能事件。但在黑洞生命的大部分时间里，它们几乎是不可探测的。它们不会发出任何光或其他辐射，这一事实意味着它们可能在天文学家们不知道的情况下潜藏于我们的邻近区域。

不过，有一种肯定能探测到这些黑洞的方法，那就是通过它们对其他恒星产生的引力效应。天文学家在2020年观测看起来很普通的双星系统HR6819时注意到，这两颗可见恒星的运动出现了反常之处，这种反常只有在存在第三个完全不可见天体的情况下才能得到解释。当研究人员计算出它的质量——至少是太阳的4倍时，他们知道，可能性只剩下一种。据趣味科学网站报道，它必定是一个黑洞，迄今发现的最接近地球的黑洞，距离我们的银河系仅有1000光年。

X射线

黑洞的第一个观测证据出现在1971年，它同样来自我们银河系中的一个双星系统。这个被称为“天鹅座X-1”的系统会产生宇宙中一些最亮的X射线。美国国家航空航天局称，这些射线并非来自黑洞本身，也并非来自黑洞的可见伴星，这颗伴星质量巨大，是太阳质量的33倍。美国国家航空航天局称，物质不断从这颗巨大恒星上剥离，并被拖入黑洞周围的吸积盘，X射线就是从这个吸积盘发出的。

据趣味科学网站报道，就像对HR6819那样，天文学家可以利用观测到的恒星运动来估计“天鹅座X-1”中这个不可见天体的质量。根据最新计算，这个质量为太阳21倍的黑暗天体集中在一个很小的空间，它不可能是除黑洞之外的任何东西。

超大质量黑洞

据趣味科学网站报道，除恒星坍缩产生的黑洞外，有证据显示，自宇宙历史早期以来，质量为太阳数百万甚至数十亿倍的超大质量黑洞就一直潜藏在星系中心。就所谓的活动星系来说，这些“重磅”证据引人注目。美国国家航空航天局称，这些星系的中央黑洞被吸积盘所包围，吸积盘会产生各种波长的强烈辐射。

我们也有证据证明，银河系的中心就有一个黑洞。这是因为我们看到该区域的恒星在以最高可达光速8%的极快速度移动，因此它们肯定在围绕某种体积极小、重量极大的物体旋转。根据目前的估计，银河系中心的黑洞质量约为太阳的400万倍。

“意大利面化”

证明黑洞存在的另一个证据是，“意大利面化”。你可能会想，什么是“意大利面化”？它就是当你落入黑洞时会发生的事情：你会被黑洞的极大引力拉伸成细条。幸运的是，这不太可能发生在你或你认识的任何人身上。但这很可能是离超大质量黑洞过近的恒星的命运。

2020年10月，天文学家目睹了这种撕裂过程，或者至少他们看到了一颗不幸恒星在被撕裂时发出的闪光。幸运的是，这次“意大利面化”不是发生在地球附近，而是在2.15亿光年以外的星系。

最后——直观图像

到目前为止，我们已经掌握了大量证明黑洞存在、有说服力的间接证据：辐射爆发、引力波，或者其他天体受到的动态影响，这些都是任何科学已知的其他天体无法产生的。

但最终起决定性作用的证据出现在2019年4月，它是活动星系梅西耶87中心超大质量黑洞的直观图像。这张令人惊叹的照片是由事件视界望远镜拍摄的，这个名字略带误导性，因为它是分散在世界各地的庞大望远镜网络，而非单独一台仪器。美国国家航空航天局称，能够参与的望远镜越多，它们的间距越大，最终图像质量就越好。据趣味科学网站报道，这一结果清楚地显示了这个质量为太阳65亿倍的黑洞被吸积盘橙色光芒包围的暗影。