芬蘭科學家發現宇宙中最大黑洞
www.gx.xinhuanet.com  2009年05月13日 11:21:11  來源:國際在線

日前,芬蘭科學家通過研究發現了宇宙中最大的黑洞,它的質量為太陽的180億倍。

    國際在線專稿:據國外媒體報道,芬蘭科學家日前發現了宇宙中最大的黑洞,它的質量為太陽的180億倍,大小相當于整個銀河係。在它的旁邊有一個質量略小的黑洞,科學家通過測量小黑洞的軌道,用較強的重力場作用現象證實了愛因斯坦的相對論。

    這個宇宙最大黑洞是此前天文學家所記錄最大黑洞的6倍,它距離地球35億光年,形成在OJ287類星體的中心位置。據悉,類星體是一種非常明亮的星體,這種星體在持續螺旋進入一個大型黑洞後釋放出大量輻射線。

    這黑洞旁邊較小黑洞的質量為太陽的1億倍,它環繞著較大的黑洞以橢圓形軌道運轉著,運行周期為12年。兩個黑洞距離很近,小黑洞環繞一段時間後可與大黑洞周邊物質發生擠壓碰撞,而每次碰撞都會讓OJ287類星體突然變得明亮。根據愛因斯坦的相對論推測,小黑洞運行時自身也會旋轉,這將產生引力,這樣兩個黑洞的距離將越來越近。這種類似現象也存在于太陽與水星之間,只是水星軌道的作用不是很明顯。對于OJ287類星體而言,較大黑洞的重力場是如此之大,以致小黑洞的運行軌道出現了令人難以相信的39度傾斜,當小黑洞碰撞大黑洞的周邊物質時,這種旋進作用就會發生改變。

    芬蘭圖爾拉天文臺由莫裏·瓦爾頓恩領導的天文研究小組記錄下了這兩個黑洞因碰撞所產生的12次光亮,並結合小黑洞的環繞軌道周期,測量出了小黑洞的運動等級比率,並由此推算較大的黑洞的質量大概是太陽的180億倍。

    黑洞究竟能有多大呢?美國德克薩斯州大學克雷格·惠勒表示,黑洞的大小取決于它圍繞的物質區域的長度,以及黑洞為了生長吞噬宇宙物質的速度,從理論上來看黑洞的大小是沒有上限的。

    瓦爾頓根據相對論推測,兩個黑洞曾經在2007年9月13日發生過爆發現象,如果軌道沒有正常衰退,在此後的20天又會發生一次爆發現象。他強調指出,在未來1萬年裏OJ287類星體內的這兩個黑洞將發生合並。 惠勒稱,黑洞明亮爆發現象與相對論觀點相符合,事實上愛因斯坦的理論告訴了我們未來它將會發生什麼。(海瀾)

天文知識:什麼是宇宙黑洞?


  「黑洞」很容易讓人望文生義地想像成一個「大黑窟窿」,其實不然。所謂「黑洞」,就是這樣一種天體:它的引力場是如此之強,就連光也不能逃脫出來。

  根據廣義相對論,引力場將使時空彎曲。當恆星的體積很大時,它的引力場對時空幾乎沒什麼影響,從恆星表面上某一點發的光可以朝任何方向沿直線射出。而恆星的半徑越小,它對周圍的時空彎曲作用就越大,朝某些角度發出的光就將沿彎曲空間返回恆星表面。

  等恆星的半徑小到一特定值(天文學上叫「史瓦西半徑」)時,就連垂直表面發射的光都被捕獲了。到這時,恆星就變成了黑洞。說它「黑」,是指它就像宇宙中的無底洞,任何物質一旦掉進去,「似乎」就再不能逃出。實際上黑洞真正是「隱形」的,等一會兒我們會講到。

  那麼,黑洞是怎樣形成的呢?其實,跟白矮星和中子星一樣,黑洞很可能也是由恆星演化而來的。

  我們曾經比較詳細地介紹了白矮星和中子星形成的過程。當一顆恆星衰老時,它的熱核反應已經耗盡了中心的燃料(氫),由中心產生的能量已經不多了。這樣,它再也沒有足夠的力量來承擔起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下,核心開始坍縮,直到最後形成體積小、密度大的星體,重新有能力與壓力平衡。

  質量小一些的恆星主要演化成白矮星,質量比較大的恆星則有可能形成中子星。而根據科學家的計算,中子星的總質量不能大於三倍太陽的質量。如果超過了這個值,那麼將再沒有什麼力能與自身重力相抗衡了,從而引發另一次大坍縮。

  這次,根據科學家的猜想,物質將不可阻擋地向著中心點進軍,直至成為一個體積趨於零、密度趨向無限大的「點」。而當它的半徑一旦收縮到一定程度(史瓦西半徑),正像我們上面介紹的那樣,巨大的引力就使得即使光也無法向外射出,從而切斷了恆星與外界的一切聯繫——「黑洞」誕生了。

  與別的天體相比,黑洞是顯得太特殊了。例如,黑洞有「隱身術」,人們無法直接觀察到它,連科學家都只能對它內部結構提出各種猜想。那麼,黑洞是怎麼把自己隱藏起來的呢?答案就是——彎曲的空間。我們都知道,光是沿直線傳播的。這是一個最基本的常識。可是根據廣義相對論,空間會在引力場作用下彎曲。這時候,光雖然仍然沿任意兩點間的最短距離傳播,但走的已經不是直線,而是曲線。形象地講,好像光本來是要走直線的,只不過強大的引力把它拉得偏離了原來的方向。

  在地球上,由於引力場作用很小,這種彎曲是微乎其微的。而在黑洞周圍,空間的這種變形非常大。這樣,即使是被黑洞擋著的恆星發出的光,雖然有一部分會落入黑洞中消失,可另一部分光線會通過彎曲的空間中繞過黑洞而到達地球。所以,我們可以毫不費力地觀察到黑洞背面的星空,就像黑洞不存在一樣,這就是黑洞的隱身術。

  更有趣的是,有些恆星不僅是朝著地球發出的光能直接到達地球,它朝其它方向發射的光也可能被附近的黑洞的強引力折射而能到達地球。這樣我們不僅能看見這顆恆星的「臉」,還同時看到它的側面、甚至後背!

  「黑洞」無疑是本世紀最具有挑戰性、也最讓人激動的天文學說之一。許多科學家正在為揭開它的神秘面紗而辛勤工作著,新的理論也不斷地提出。不過,這些當代天體物理學的最新成果不是在這裡三言兩語能說清楚的。有興趣的朋友可以去參考專門的論著。


「吞」:黑洞周圍形成「加速圈」,吸取周圍氣體、光線等。

「吐」:黑洞外盤旋的磁場攪動加速圈,形成480公里/秒的超強風,從而釋放出能量。(模擬圖)

NASA科學家最新解密:電磁風幫助黑洞「消化」


  時報綜合報道 一直以來科學家們都知道,宇宙黑洞是靠狂吞周圍星體的氣體、光線來不斷膨脹。但關鍵問題是這個「怪物」的胃口就算再大,這樣一直無休止地「大吃大喝」,它是怎麼辦到的?近日,美國航空航天局(NASA)的一個由科學家約翰·米勒牽頭的小組首次為這個疑問找到答案:那就是「吞」下去的,最終必然會「吐」出來。只有這樣宇宙才可能保持平衡。

  平衡依靠「水車」原理

  黑洞靠強大的引力不斷吸收周圍星體氣體。在此過程中,氣體開始脫離原本的運行方向並向黑洞偏離,由此形成「角動量」(描述物體繞軸運動的物理量,編者注),也就是說黑洞可以由此源源不斷地吸收能量。被改變方向的氣體使黑洞周圍逐漸形成一個個越來越大、被稱作「加速區」的圓環。在「加速區」裡,大量熾熱氣體繞著黑洞旋轉。

  隨著氣體越吸越多,黑洞必須分流已有的角動量,以便為持續湧進的能量提供空間。打個比方說,就像一個巨大的水車,為了保持旋轉,它必須在裝入水的同時釋放出等量的水。黑洞也是如此,它必須在吸收角動量的同時釋放出同等的能量。

  兩種方式助黑洞釋放

  分子之間相互碰撞的巨大摩擦力是黑洞釋放角動量的方法。不過有天文物理學家懷疑這並不是唯一的釋放途徑。解答這個疑問正是引起米勒及小組成員約翰·雷蒙德、丹尼·史蒂夫斯的興趣所在。

  他們認為,除了摩擦力外,磁場風也能幫助黑洞釋放能量。旋轉的磁場風在「加速區」中可達到每秒480公里的高速度,部分角動量因此被它「驅趕」回宇宙空間。最終,研究小組認為,分子摩擦和磁場風使吸入黑洞的能量和被釋放的能量得以平衡,將氣體吸入黑洞,並照亮整個夜空。

  為了證明他們的理論,米勒和同事用電腦模擬了磁場風,再通過Chandra X射線望遠鏡觀測銀河系黑洞風,並比較兩者的特性。最終,Chandra發回的數據顯示,黑洞風的運行方式與電腦模擬的磁場風完全相同。這個結果讓米勒等人非常興奮,不過米勒仍然冷靜地表示,證明磁場風的存在仍只是他們探索黑洞成長原因過程中邁出的第一步。艾丹

  難倒霍金的黑洞

  1975年,英國著名物理學家史蒂芬·霍金提出「黑洞悖論」,聲稱黑洞形成後,開始向外輻射能量,最終將因為質量喪失殆盡而消失。一旦黑洞消失,吸入黑洞中的信息也就喪失了。這個理論讓霍金一炮成名。然而在2004年7月, 霍金修正了29年前自己的理論。他表示,黑洞不會將進入其邊界的物體的信息淹沒,反而會將這些信息「撕碎」後釋放出去。

 

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