發表日期 5/13/2022, 1:07:48 AM
好消息!銀河係中心黑洞的首張照片公布!
2019年4月10日,全球多地天文學傢同步公布瞭首張黑洞照片,該黑洞是位於室女座一個巨橢圓星係M87的中心,距離地球有5500萬光年,質量大概是太陽質量的65億倍。
在當時其實事件視界望遠鏡(EHT)閤作組織也分享瞭一個消息,關於黑洞的拍攝是從2017年開始拍攝,當時拍攝瞭M87的中心黑洞以及 銀河係中心黑洞 。
經過2年的不懈努力,科學傢利用數據分析和超級計算機閤成的方式,纔得到瞭M87的中心黑洞照片。而銀河係中心黑洞的照片一直還未能“洗齣來”。
這不又過瞭三年的時間,這張耗時5年纔“洗”齣來的銀河係中心黑洞的照片,終於在北京時間2022年5月12日全球多地天文學傢同步公布。
根據德國天文學傢們2008年的研究,銀河係中心黑洞“人馬座A”距離地球2.6萬光年,它的質量約為400萬倍太陽質量,與M87中心黑洞一樣,它們同屬於超大質量黑洞。相信有不少人有疑問:
相對於M87的中心黑洞而言,銀心黑洞的距離更近,應該更好拍攝纔對,為何反倒閤成時間更長呢?
這其實主要是因為銀心黑洞要比M87的中心黑洞小很多,同時由於距離更近,周圍物質變化的可能性要大很多,幾乎幾分鍾就會發生一次改變,導緻拍攝難度大,數據分析和閤成難度也大大地加大,科學傢開發瞭專門的工具把它的照片給“洗齣來”。
而我們知道的是,一個國際研究團隊曾利用復雜的模型來測算銀河係的總質量,結果他們的道的結果為8900億倍。不僅如此,根據現有的研究錶明,銀河係當中,恒星的數量達到瞭1500億-4000億顆。
那麼問題就來瞭,銀心黑洞的質量隻有銀河係總質量的0.00045%,為何它能束縛住這麼多恒星嗎?
要瞭解這到底有多反常,我們不如先來看看太陽係的情況。
太陽是太陽係的絕對核心,太陽係中其他的天體幾乎都繞著太陽轉。而太陽的質量占據瞭太陽係總質量的99.86%。
宇宙中是質量為王,質量越大,引力越大。 所以,太陽束縛住太陽係內其他天體可以說在理論上是閤情閤理的。
可是,銀心黑洞幾乎不一樣瞭,它的質量實在太小,根據引力理論,它不足以束縛住銀河係中那麼多的恒星,銀河係早就應該分崩離析纔對。
那麼這個問題,我們需要分兩層來看。首先,銀河係中心不隻有一個黑洞,還有很多其他的東西,銀河係理論上也不是單靠一個銀心黑洞束縛的。
銀河係是由銀核、銀盤和銀暈三個部分共同構成的。
銀核是銀河係中央略為凸起的部分,是一個很亮的球狀體,它的直徑大概為2萬光年,厚大概為1萬光年。
銀心黑洞位於銀核當中,銀核當中還有還有很多高密度的恒星和星際物質,銀核的物質密度是要遠遠高於銀河係其他地方的,錢德拉塞卡空間望遠鏡之前還曾經在銀心黑洞周圍發現瞭一個中型黑洞。
不過,即便是我們把整個銀核的質量都算上,也依然不足以把整個銀河係中的天體都束縛在一個固定的範圍。
不僅如此,早在上世紀30年代,就有科學傢發現瞭這個問題。天文學傢茲威基和奧爾特都先後發現類似的問題: 按照引力理論,越遠離星係中心,恒星的運動速度應該是越慢的 ,可是它們發現,星係外圍的恒星速度並沒有明顯變慢。
舉個具體的例子,太陽就位於銀河係比較外圍的地帶,按照引力理論來計算,我們可以得到,太陽理論上繞著銀河係中心的運動速度應該是160公裏/秒,可實際上,經過觀測得到的結果卻是:240公裏/秒。這快齣來80公裏到底是咋來的?
我們可以拿鏈球來做對比,鏈球運動員開始甩鏈球時,如果鏈球的速度越甩越快,那麼這個時候,運動員需要拽住鏈球的力量就得越大,否則鏈球就會飛齣去。
同樣的,科學傢在研究銀河係時就發現,銀河係所能提供的引力,其實沒辦法拽住運動速度這麼快的太陽,當然也包括銀河係其他的恒星,那麼 提供額外引力的到底是什麼?
到瞭1970年,科學傢薇拉・魯賓也發現瞭類似的情況,並進行瞭細緻的觀測,通過觀測結果錶明,星係中應該存在著一些不可見的物質。
可能很多人看到這裏會好奇:咋可能會不可見?
要瞭解這個問題,我們就得弄清楚,人是如何看到東西的?
首先,需要物體發光或者發射光,然後進入到人眼當中,光子與人眼中的細胞相互作用,通過視覺係統把信號傳遞給大腦,這時候人纔能看到東西。用望遠鏡等設備觀測,原理也是類似的,而這個過程中涉及到瞭電磁相互作用。那到底是怎麼迴事呢?
在宇宙當中,存在著四種基本作用,萬事萬物的相互作用都是這四種最基礎的,它們分彆是 強相互作用,弱相互作用,引力相互作用和電磁相互作用 。
其中,強相互作用和弱相互作用主要是在原子核層麵的,在日常生活中,除瞭引力之外,剩餘的力都屬於電磁相互作用。
也就是說, 我們肉眼能看到的東西的本質是電磁相互作用, 光子與人眼細胞發生作用,以及後續信息的傳遞都屬於這一類,用設備觀測也都是依靠電磁相互作用。如果有一種物質不參與電磁相互作用,隻參與引力相互作用,那麼我們就無法觀測它的存在,但卻能發現到它的引力作用。
後來,經過科學傢的研究就發現,宇宙中真的存在著這樣的物質,它也被稱為: 暗物質 。不僅如此,暗物質的總量遠比可見的物質總量要多得多,大概是可見物質的6倍。正是暗物質施加瞭額外的引力,纔使得銀河係中的這些天體被束縛在瞭固定的區域範圍內,而沒有分布離析。
更有意思的是,根據科學傢們後續的研究發現,宇宙中最多的其實也不是暗物質,而是暗能量,它們的物質占比遠遠超過瞭暗物質和可見物質的總和。
而暗物質和暗能量的研究恰恰是未來人類研究宇宙的關鍵鑰匙,也是科學研究的最前沿陣地。