黑洞是外層空間最迷人的現(xiàn)象之一，一度引起無(wú)限的遐想，科學(xué)家們一直在努力對(duì)黑洞進(jìn)行研究，也獲得了不少黑洞知識(shí)。現(xiàn)在天文學(xué)家發(fā)表了一篇新研究論文，記錄了一次罕見(jiàn)的可見(jiàn)黑洞碰撞，碰撞產(chǎn)生了一道閃光，使科學(xué)家能夠從地球上看到這一事件。從《星際迷航》到《神秘博士》…無(wú)數(shù)科幻小說(shuō)經(jīng)常將黑洞融入故事情節(jié)，這在很大程度上是因?yàn)槿匀挥刑辔覀儗?duì)黑洞不知道的東西。

但是亞歷山大·維倫金絲毫沒(méi)有被這個(gè)龐大而復(fù)雜研究主題嚇倒，倫納德和簡(jiǎn)·霍姆斯·伯恩斯坦教授在塔夫斯大學(xué)物理和天文學(xué)系從事進(jìn)化科學(xué)研究，幾十年來(lái)他一直在研究理論宇宙學(xué)，包括暗能量、宇宙弦和多重宇宙，如果有人能幫助解開(kāi)圍繞黑洞的一些謎團(tuán)，那他應(yīng)該就是其中之一。為了更接近這些宇宙“巨人”的真面目，這里有三個(gè)關(guān)于黑洞的事實(shí)可能讓你頭暈?zāi)垦?，但你值得學(xué)習(xí)和了解。

黑洞大得令人費(fèi)解

黑洞通過(guò)它們的大小和質(zhì)量，或黑洞所擁有的物質(zhì)數(shù)量來(lái)衡量，一個(gè)中等大小的天體黑洞質(zhì)量可能比太陽(yáng)大20倍。然而，黑洞內(nèi)部的引力是如此強(qiáng)大，以至于它將所有的質(zhì)量“凝聚”在一個(gè)直徑只有20英里的球體，與其他普通天體相比，非常不同。

黑洞質(zhì)量可以劃分為微型黑洞，中等質(zhì)量黑洞，大質(zhì)量黑洞，超大質(zhì)量黑洞等，其中超大質(zhì)量黑洞通?？赡苡?0億倍太陽(yáng)質(zhì)量。每個(gè)大型星系，包括銀河系，其中心都至少有一個(gè)超大質(zhì)量黑洞。就超大質(zhì)量黑洞而言，銀河系中心的黑洞相當(dāng)小，只有幾百萬(wàn)倍太陽(yáng)質(zhì)量。有記錄最小的天體黑洞實(shí)際上很小，其質(zhì)量?jī)H為太陽(yáng)的四倍。

黑洞可以合并

彼此靠近的黑洞往往會(huì)漂移得更近，發(fā)生的情況是：這些黑洞在引力的作用下互相依附，并開(kāi)始圍繞彼此旋轉(zhuǎn)。它們形成一個(gè)雙星系統(tǒng)，當(dāng)它們旋轉(zhuǎn)時(shí)，它們將逐漸因引力輻射而失去能量。它們彼此將靠得越來(lái)越近，圍繞彼此旋轉(zhuǎn)的速度越來(lái)越快，最終雙星黑洞會(huì)合并，并釋放出引力波。到目前為止，還沒(méi)有觀測(cè)到超大質(zhì)量黑洞的碰撞，但天文學(xué)家已經(jīng)觀察到許多中小型黑洞的碰撞。

遺憾的是不能通過(guò)望遠(yuǎn)鏡看到這樣壯觀的碰撞，無(wú)論望遠(yuǎn)鏡有多高的分辨率，因?yàn)楦緵](méi)有光可以從黑洞事件視界內(nèi)逃逸出來(lái)。然而，使用非常靈敏，非常大的引力波探測(cè)器，科學(xué)家可以探測(cè)和測(cè)量黑洞發(fā)出的引力波。這些波就像時(shí)空中的漣漪，收集到的數(shù)據(jù)講述了數(shù)百萬(wàn)光年或數(shù)十億光年外發(fā)生的事情。黑洞在其雙星系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)發(fā)出的引力波通常太弱，無(wú)法被探測(cè)到。

但當(dāng)黑洞即將合并時(shí)，以及當(dāng)黑洞最終合并形成更大的黑洞時(shí)，就能探測(cè)到發(fā)出的引力波。引力輻射爆發(fā)持續(xù)的時(shí)間很短，但它們以某種模式出現(xiàn)，當(dāng)天文學(xué)家看到這種模式時(shí)，就可以確定它是黑洞碰撞產(chǎn)生的，并計(jì)算出它們的質(zhì)量和距離有多遠(yuǎn)。2019年9月美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)宣布，天文學(xué)家在距離地球約10億光年的一個(gè)系統(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)了三個(gè)處于碰撞路線上的超大質(zhì)量黑洞。

黑洞有一條不歸路

黑洞有所謂的事件視界，把這個(gè)想象成黑洞的表面，任何東西都不能從表面下逃脫，包括光。那么，例如，當(dāng)一艘宇宙飛船跨過(guò)視界時(shí)會(huì)發(fā)生什么呢？假設(shè)飛船在接近黑洞時(shí)向我們發(fā)送光脈沖，當(dāng)飛船接近視界時(shí)，脈沖會(huì)變得越來(lái)越弱，它們之間的間隔也會(huì)變得越來(lái)越長(zhǎng)。當(dāng)宇宙飛船非常接近視界時(shí)，我們看到它就好像被凍結(jié)了一樣，我們永遠(yuǎn)不會(huì)看到宇宙飛船真正進(jìn)入視界之下，因?yàn)楣饩€不能從那里逃逸。

那宇宙飛船里的旅行者呢？當(dāng)宇宙飛船接近事件視界時(shí)，他們不會(huì)注意到任何特別的東西，他們?nèi)匀粫?huì)看到我們。然而，一旦它們?cè)竭^(guò)事件視界，這就是一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的點(diǎn)，已經(jīng)不能掉頭就走，只能向黑洞中心移動(dòng)。引力將變得越來(lái)越強(qiáng)，由于引力將物體向一個(gè)方向拉伸，宇宙飛船將會(huì)變得面目全非。最終，這艘宇宙飛船將擊中中心點(diǎn)（實(shí)際上是已經(jīng)變成基本粒子的飛船了），也就是所謂的奇點(diǎn)。

從數(shù)學(xué)上講，奇點(diǎn)是引力變得無(wú)限強(qiáng)的地方，所以時(shí)空的曲率變得無(wú)限大，目前還不知道奇點(diǎn)到底發(fā)生了什么，但宇宙飛船和里面的一切都將在船達(dá)到奇點(diǎn)之前很久就被摧毀成基本粒子了。

博科園｜研究/來(lái)自：塔夫茨大學(xué)

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