黑洞照片怎么拍的?
黑洞“照片”实际上是用事件视界望远镜拍摄的黑洞阴影。黑洞有强大的引力,在一定范围内连光线都无法逃脱,光线不能逃脱的临界范围被称为黑洞半径或者“视界面”。视界面以外的物质围绕黑洞转圈,形成明亮的吸积盘。中间不发光的黑洞在明亮吸积盘的衬托下形成“阴影”。
黑洞是宇宙中引力最强的单一天体,在它的视界边缘,连光都难以逃脱,原则上没有任何物质可以从黑洞的视界边缘(史瓦西半径边缘)逃出黑洞的引力束缚,虽然霍金辐射认为有些粒子对可以从黑洞的边缘逃逸,但其辐射的物质量可以忽略不计,因此如果说只看黑洞本体的话,它是不会发光以及发出任何电磁波辐射的。
那么为什么事件视界望远镜(全球八处射电望远镜阵列组成的像地球视面积一样大的虚拟望远镜)又可以拍到黑洞的照片呢?这其实还是由于黑洞并非是单独存在于宇宙中的,由于拥有强大的引力场,所以黑洞周围通常都会聚集有恒星行星等其他天体,特别是在一些超大质量黑洞周围,比如在我们银河系中心黑洞人马座a*的附近,至少有数百颗恒星在围绕它运行,这样我们就可以根据这些恒星的运动状况,来判断这个黑洞的存在并找到它的位置了。
恒星也都是大质量的天体,这些天体距离黑洞很近的时候,常常会有一部分物质为黑洞所吞噬,而在被黑洞吞噬之前,这些物质会围绕黑洞高速旋转,形成黑洞周围的吸积盘。这个吸积盘物质主要集中于黑洞的赤道地区,它看上去会非常的明亮,是宇宙中最为明亮的事物,而且由于黑洞的引力压缩作用,吸积盘上的部分粒子物质会转移到两极地区被喷射出去,形成强烈的x射线,通过它暴露出来的这些信息,我们就能以其光亮和射线等来判断黑洞的形状了。
事件视界望远镜所能拍摄的也是黑洞的这些部分,也就是视界边缘之外的部分,由于这部分也是有其结构的,而且不同区域的光度不同,所以将能看出黑洞的大致轮廓,如果再对其进行数据处理的话,比如倾向于贴近黑洞的视界边缘,将其附近电磁波等的强弱度表现出来,就可以得出关于黑洞的较为逼真的图像,事件视界望远镜所能拍到的黑洞的照片,大致就是这个样子。
虽然今天我们看到了历史上第1张关于黑洞的真实图像,但其实我们所看到的距离黑洞的内部世界仍然很远,而且黑洞的视界边缘也并非黑洞的本体,科学家认为黑洞内部存在一个奇点,这个奇点才是黑洞物质的主要集中地,但是由于它深藏于黑洞的中心,我们也许永远无法看到它。
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