黑洞照片怎麼拍的?
黑洞“照片”實際上是用事件視界望遠鏡拍攝的黑洞陰影。黑洞有強大的引力,在一定範圍內連光線都無法逃脫,光線不能逃脫的臨界範圍被稱為黑洞半徑或者“視介面”。視介面以外的物質圍繞黑洞轉圈,形成明亮的吸積盤。中間不發光的黑洞在明亮吸積盤的襯托下形成“陰影”。
黑洞是宇宙中引力最強的單一天體,在它的視界邊緣,連光都難以逃脫,原則上沒有任何物質可以從黑洞的視界邊緣(史瓦西半徑邊緣)逃出黑洞的引力束縛,雖然霍金輻射認為有些粒子對可以從黑洞的邊緣逃逸,但其輻射的物質量可以忽略不計,因此如果說只看黑洞本體的話,它是不會發光以及發出任何電磁波輻射的。
那麼為什麼事件視界望遠鏡(全球八處無線電望遠鏡陣列組成的像地球視面積一樣大的虛擬望遠鏡)又可以拍到黑洞的照片呢?這其實還是由於黑洞並非是單獨存在於宇宙中的,由於擁有強大的引力場,所以黑洞周圍通常都會聚集有恆星行星等其他天體,特別是在一些超大質量黑洞周圍,比如在我們銀河系中心黑洞人馬座a*的附近,至少有數百顆恆星在圍繞它執行,這樣我們就可以根據這些恆星的運動狀況,來判斷這個黑洞的存在並找到它的位置了。
恆星也都是大質量的天體,這些天體距離黑洞很近的時候,常常會有一部分物質為黑洞所吞噬,而在被黑洞吞噬之前,這些物質會圍繞黑洞高速旋轉,形成黑洞周圍的吸積盤。這個吸積盤物質主要集中於黑洞的赤道地區,它看上去會非常的明亮,是宇宙中最為明亮的事物,而且由於黑洞的引力壓縮作用,吸積盤上的部分粒子物質會轉移到兩極地區被噴射出去,形成強烈的x射線,通過它暴露出來的這些資訊,我們就能以其光亮和射線等來判斷黑洞的形狀了。
事件視界望遠鏡所能拍攝的也是黑洞的這些部分,也就是視界邊緣之外的部分,由於這部分也是有其結構的,而且不同區域的光度不同,所以將能看出黑洞的大致輪廓,如果再對其進行資料處理的話,比如傾向於貼近黑洞的視界邊緣,將其附近電磁波等的強弱度表現出來,就可以得出關於黑洞的較為逼真的影象,事件視界望遠鏡所能拍到的黑洞的照片,大致就是這個樣子。
雖然今天我們看到了歷史上第1張關於黑洞的真實影象,但其實我們所看到的距離黑洞的內部世界仍然很遠,而且黑洞的視界邊緣也並非黑洞的本體,科學家認為黑洞內部存在一個奇點,這個奇點才是黑洞物質的主要集中地,但是由於它深藏於黑洞的中心,我們也許永遠無法看到它。
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