新華網 正文
黑洞為何“發脾氣”?“慧眼”要一探究竟
2017-06-16 20:44:24 來源: 新華社
關注新華網
微博
Qzone
評論
圖集

  HXMT衛星模擬圖。

  新華社北京6月16日電(記者喻菲、全曉書、屈婷)黑洞裏是否有像好萊塢科幻電影《星際穿越》中所描繪的通向另一個宇宙的秘密通道?我們還不得而知。科學家對離奇古怪又神秘莫測的黑洞開展的研究才剛剛拉開序幕,很多深藏于黑洞背後的秘密還有待揭曉,而中國6月15日發射的硬X射線調制望遠鏡衛星“慧眼”(簡稱HXMT)將重點研究為什麼一些黑洞會“發脾氣”。

  “慧眼”的主要觀測對象是銀河係內的黑洞和中子星,因為中子星的數量多,所以中子星的觀測時間會比較多。“但是我們更關心黑洞。”“慧眼”首席科學家、中科院高能所粒子天體物理中心主任張雙南説。

  “黑洞非常有趣,它們的現象非常豐富,能産生X射線等各種輻射,還有可能産生高能宇宙線以及強烈的噴流。科學家很好奇黑洞究竟在幹什麼。現在人類只有二三十個黑洞的樣本,如果我們能發現更多當然好。對已經發現的黑洞我們也希望能研究得更清楚一些,找到黑洞只是開始。科學總是越研究,越發現不理解的更多,因而要進一步研究。”張雙南説。

愛因斯坦與他的黑洞公式。(手繪/賀萌)

  什麼是黑洞?

  黑洞的類型主要有兩種:恒星級黑洞和超大質量黑洞。恒星級黑洞的前身是大質量恒星,在它們壽命終結時發生超新星爆發,如果超新星爆發後的殘留物質量大于太陽質量的3倍,引力就將主導一切,沒有什麼力量可以阻擋狂暴的引力塌縮,這顆星星走向最終的黑洞歸宿,黑洞內部的物質似乎從時空中消失了,從此與宇宙失去了聯係。

  黑洞是時空中的無底深淵,是一種引力陷阱。在強大的引力作用下,一切都無法擺脫被蹂躪的命運,即便是光也無法從黑洞中逃脫。恒星級黑洞可能在所有星係中都十分普遍,這些沉默的“地雷”散布在宇宙各處。隨著時鐘的每一秒滴答聲,就有一個新黑洞在宇宙某處誕生。據估計,僅在銀河係內,就有上千萬甚至更多這樣的黑洞存在。

  黑洞對于理解時空起源和宇宙的終極命運十分重要,對黑洞的理解左右著人類對宇宙未來的預測。黑洞既是觀測天文學的福音,也是理論研究的靈感沃土,它為物理學家提供了一個數學演練場,使他們能夠將想法推至極限,用紙和筆探尋自然界一種最極端的環境。

  科學家如何發現黑洞的?

  從18世紀80年代有科學家産生關于黑洞的初步猜想,到20世紀下半葉大量天文觀測證據的出現,人類花了200年才接受了黑洞存在的事實。這期間大部分時間裏,人們或忽視或批判有關宇宙中存在這種奇怪天體的想法。如果沒有少數科學家對自然懷有的永遠童心、強烈的好奇心與探索精神,人類就不可能發現並認識黑洞。

  1971年世界上第一個X射線天文衛星“烏呼魯”的觀測證實了黑洞的存在。第一個被科學家認定為黑洞的是被稱作天鵝座X-1的天體。它距離地球約6000光年,是天空中一個很強的X射線源。

  天鵝座X-1是個雙星係統,由一顆超巨星和一顆致密星組成。X射線是由可見的超巨星表面拋出的物質産生的。隨著拋出物向不可見的伴星下落,展現出某種漩渦式運動,就像水從浴缸中流出來一樣,而且變得非常熾熱,發出高能量X射線。從觀測到的可見恒星的運動狀況,可以確定不可見天體的最小質量。就天鵝座X-1來説,它的質量是太陽質量的近10倍,科學家判斷它必然是一個黑洞。目前科學家已經在銀河係中發現20多顆類似天鵝座X-1這樣的黑洞X射線雙星,它們的黑洞質量大約是太陽質量的4至20倍。

黑洞還有很多未知的神秘。(手繪/賀萌)

  黑洞也會“發脾氣”?

  張雙南介紹,黑洞有時很“冷靜”,有時“脾氣很暴躁”。如果一個黑洞什麼都不幹,誰也看不見它。但是它周圍有點東西,往黑洞裏落的時候,跑得越來越快的物質會造成氣體密度越來越高,溫度非常高,就會産生X射線。物質質量的不同,或結構的不同,就會産生不同的X射線。科學家正是通過X射線來了解黑洞的性質。不同的黑洞周圍的物質分布是不同的,物質如何掉進黑洞的表現也是不一樣的,有時候黑洞會非常“暴躁”,物質落的速度非常快,最極端的現象就是産生伽馬射線暴,落入黑洞的物質太多就産生了極端相對論噴流。

  他説,當黑洞處于很“暴躁”的狀態,它産生的X射線流強特別高。其他國外的衛星可以非常靈敏,但是適合看弱光,遇到X射線特別強時信號就會飽和了。比如錢德拉X射線望遠鏡就適合看“安靜”的黑洞。而HXMT在有些能段的有效探測面積是有史以來最大的,雖然它不能聚焦,但是特別適合看“暴躁”的黑洞和中子星。

  “我們將對銀河係掃描,要看看黑洞的‘脾氣’到底怎麼樣。因為以前只知道有些黑洞突然就‘發脾氣’了,但為什麼,我們不知道,因為還沒有對它們進行長時間的研究。所以我們希望對銀河係的黑洞和中子星做比較詳細的普查,有的黑洞也許每年‘發脾氣’三次,有的可能四年‘發一次脾氣’,或者每次‘發脾氣’的程度不一樣。到底是什麼原因造成的,我們就想了解這些情況。”張雙南説。

  中科院“百人計劃”引進人才、青年科學家熊少林説:“我認為未來天文學向前一大步的進展很可能來自對黑洞的研究。為了更靠近黑洞視界以及穿透塵埃遮擋,需使用X射線波段。我希望能看到黑洞的X射線相片,也就是對黑洞視界及周圍物質進行成像,一睹其真容。這有可能在50年之內實現,希望我這輩子能趕上。”(據新華社客戶端)

+1
【糾錯】 責任編輯: 張倩
相關新聞
  • 科普:科學家如何讓看不見的黑洞現形?
    中國6月15日發射了硬X射線調制望遠鏡“慧眼”去探測黑洞。然而,神秘如幽靈般的黑洞不會發出任何光輻射,那麼怎樣才能在茫茫宇宙中探測到它們呢?這似乎有點像在煤窖裏尋找一只黑貓。幸好,科學家找到了一些辦法,其中之一就是“慧眼”使用的方法。
    2017-06-15 18:42:44
新聞評論
    加載更多
    民航學子畢業告別校園
    民航學子畢業告別校園
    四川臥龍雪豹數量超9只
    四川臥龍雪豹數量超9只
    2017版外國人永久居留身份證啟用
    2017版外國人永久居留身份證啟用
    “我給父親畫個像”
    “我給父親畫個像”
    010020020110000000000000011101191121159250