黑洞是一种本身不发光的神秘天体。任何物质,包括光也无法从它身边逃离。根据质量的不同,黑洞一般分为恒星级黑洞、中等质量黑洞和超大质量黑洞。

- 收起最新报道
    中文名
    黑洞
    外文名
    Black Hole
    学科
    广义相对论,天体物理学,黑洞热力学

    1简介

    编辑本段 回目录

    黑洞是一种本身不发光的神秘天体。任何物质,包括光也无法从它身边逃离。由于黑洞中的光无法逃逸,所以我们无法直接观测到黑洞。然而,可以通过测量它对周围天体的作用和影响来间接观测或推测到它的存在。

    根据质量的不同,黑洞一般分为恒星级黑洞、中等质量黑洞和超大质量黑洞。这其中,恒星级黑洞是由大质量恒星死亡形成的,是宇宙中广泛存在的“居民”。理论预言银河系中有上亿颗恒星级黑洞,但迄今为止,天文学家仅在银河系发现了约20颗恒星级黑洞——而且都是通过黑洞吸积伴星气体所发出的X射线来识别的、质量均小于20倍太阳质量的黑洞。

    找到新的方法,发现数量巨大、没有X射线辐射的黑洞,成了天文学界近年来研究的热点和难点。

    2成因

    编辑本段 回目录

    黑洞是一个空间-时间区域,它的最外围是光所能从黑洞向外到达的最远距离,这个边界称为“事件视界”。它如同一个单向的膜,只允许物质穿过视界并落到黑洞里去,但没有任何物质能够从里面出来。 “黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”,其实不然。所谓“黑洞”,就是这样一种天体:它的引力场是如此之强,就连光也不能逃脱出来。 根据广义相对论,引力场将使时空弯曲。当恒星的体积很大时,它的引力场对时空几乎没什么影响,从恒星表面上某一点发的光可以朝任何方向沿直线射出。而恒星的半径越小,它对周围的时空弯曲作用就越大,朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。 等恒星的半径小到一特定值(天文学上叫“史瓦西半径”)时,就连垂直表面发射的光都被捕获了。到这时,恒星就变成了黑洞。说它“黑”,是指它就像宇宙中的无底洞,任何物质一旦掉进去,“似乎”就再不能逃出。实际上黑洞真正是“隐形”的。

    3相关研究

    编辑本段 回目录

    超大黑洞形成关键在高密度气体盘

    2016年8月,日本东京大学宣布,该大学泉拓、河野孝太郎等人的研究小组首次发现,在超大黑洞的成长过程中,一些高密度分子气体圆盘具有重要的气体质量供给源的功能,可以综合证明星系中心部位的气体质量流入和流出的平衡,符合“高密度分子气体圆盘内形成的大质量星体发生超新星爆发,气体中产生强烈乱流,促进向内侧供给气体”的理论模式。

    该研究小组利用阿尔玛望远镜获得的高解析度电波观测数据,对附近星系中心超大黑洞周围数百光年范围的低温、高密度分子气体圆盘进行了调查。新的发现是接近揭开超大黑洞起源之谜的重要成果,该小组今后将继续对远方的黑洞天体进行详细观测,以增进对宇宙中黑洞成长的理解。

    根据近年来的观测,多数星系中心普遍存在超过太阳质量100万倍以上的超大黑洞,但它们的形成过程仍是个谜,这也是现代天文学的重要课题之一。以前科学家就知道,超大黑洞吸收的气体量与星系中心星体形成率相关,即中心大量产生星体的星系,其黑洞的气体吸收率也增大。这意味着两种现象具有某种物理结构关系,星体形成驱动黑洞的成长,但对其详细机理尚不明了。

    此次,研究小组利用“低温高密度分子气体”作为解决这一问题的突破口进行了观测研究。这是因为低温分子气体是星系中心部位星际物质的主要存在形式。特别是高密度分子气体是星体形成的母体,对于研究超大黑洞成长和星体形成之间物理关系最为合适。

    通过对中心存在超巨大黑洞的10个星系进行分析,研究小组首次发现了高密度分子气体圆盘的质量与超巨大黑洞质量吸收率具有很强的正相关联。研究结果认为,作为超大黑洞的质量供给源,附近的高密度分子气体圆盘起到了重要作用,而星系全体气体的多少对超大黑洞成长并没有影响。

    发现迄今最大的恒星级黑洞

    北京时间2019年11月28日凌晨,国际科学期刊《自然》发布了中国科学院国家天文台刘继峰、张昊彤研究团队的一项重大发现。依托我国自主研制的国家重大科技基础设施郭守敬望远镜(LAMOST),研究团队发现了一颗迄今为止质量最大的恒星级黑洞,并提供了一种利用LAMOST巡天优势寻找黑洞的新方法。这颗70倍太阳质量的黑洞远超理论预言的质量上限,颠覆了人们对恒星级黑洞形成的认知,有望推动恒星演化和黑洞形成理论的革新。

    2016年秋季开始,国家天文台领导的研究团队利用LAMOST开展双星课题研究,历时两年监测了一个小天区内3000多颗恒星。结果发现,在一个X射线辐射宁静的双星系统(LB-1)中,一颗8倍太阳质量的蓝色恒星,围绕一个“看不见的天体”做着周期性运动。不同寻常的光谱特征表明,那个“看不见的天体”极有可能是一颗黑洞。研究人员随即进行了“确认”:他们通过西班牙10.4米口径加纳利大望远镜和美国10米口径凯克望远镜,进一步确认了LB-1的光谱性质,计算出该黑洞的质量大约是太阳的70倍。值得一提的是,在两年之久的监测时间里,LAMOST共为这项研究做了26次观测,累积曝光时间约40个小时。刘继峰表示,如果利用一架普通四米口径望远镜来寻找这样一颗黑洞,同样的几率下,则需要40年的时间——这充分体现出LAMOST超高的观测效率。

    目前恒星演化理论预言在太阳金属丰度下只能形成最大为25倍太阳质量的黑洞。这颗新发现黑洞的质量已经进入了现有恒星演化理论的“禁区”。美国激光干涉引力波天文台(LIGO)从2015年起,通过探测引力波的方法发现了数十倍太阳质量的黑洞;2017年,雷纳·韦斯、基普·索恩和巴里·巴里什因在LIGO的建造和引力波探测方面的贡献被授予诺贝尔物理学奖。LIGO台长大卫·雷茨评论,“在银河系内发现70倍太阳质量的黑洞,将迫使天文学家改写恒星级黑洞的形成模型。这一非凡的成果,将与过去四年里美国激光干涉引力波天文台(LIGO)及欧洲室女座引力波天文台(Virgo)探测到的双黑洞并合事件一起,推动黑洞天体物理研究的复兴”。接下来,利用LAMOST极高的观测效率,天文学家有望发现一大批“深藏不露”的黑洞,开创批量发现黑洞的新纪元。

    这项工作是基于LAMOST(中国兴隆)、加纳利大望远镜(西班牙加纳利群岛)、凯克望远镜(美国夏威夷)和钱德拉X射线天文台(美国)的观测数据完成的。

    词条图片

    本词条内容由国搜百科根据相关资料编纂,仅供参考。如有问题,可联系我们修订、完善或删除。也欢迎更多热爱知识共享、有志于词条编纂的专业人士参与国搜百科创建。联系电话:010-87869809 合作邮箱:baike@chinaso.com 交流QQ群:5332181521

    标签: 天文学 天体

    黑洞 图册
    • 浏览次数: 41357 次
    • 更新时间:2020-12-15
    • 创建者:国搜百科
    分享到: