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回顧:黑洞明明是個「無底洞」,為何照片看到的卻是紅色的?

2024-05-05科學

綜述

說到黑洞,大家第一個想到的應該都是某個類似深淵的黑色的大洞,看上去充滿了神秘色彩,同時也十分危險,但是如果對宇宙和宇宙中的天體稍微了解一些的朋友,應該都知道黑洞其實是一種天體,跟我們所知道的恒星、行星等等是一樣的。

它的發現是近代天文學發展的結果,但是追溯到源頭的話,其實主要還是要歸功於愛因史坦。 #深度好文計劃#

具體來說就是他的相對論,有了這個理論作為基礎,科學家才慢慢發現了黑洞的存在。

不過黑洞這個名字其實也算是比較符合人們的第一印象的,它的中心位置基本上就呈現為黑色, 但是如果再仔細觀察的話,就會發現它的周圍其實是紅色,這又是怎麽回事呢?

黑洞的形成

關於黑洞,我們要有一個基本的認知,首先它的發現開始於廣義相對論,愛因史坦在建立這個理論的時候便提出了這種天體存在的可能,但是受到宇宙觀測技術的限制,科學家們當時只能在稿紙上進行這個推測,但是卻無法實際定位和觀測到它的位置。

而要想向世界證明這個天體的存在,光是理論上的可能性肯定是不夠的。

以相對論為基礎的黑洞研究,實際上已經將這個天體的性質推測得差不多了,比如它的超強重力,因為品質十分巨大,所以黑洞能夠對周圍的物質產生很大的吸重力。

在它的重力場範圍內,不管是什麽樣的事物都逃不掉黑洞的魔爪,甚至就連我們知道的宇宙逃逸速度第一的光也不例外,高速運動的光線從這裏經過就會被吸入其中,

從形成的原理上說,黑洞其實就是恒星發展的後期會經歷的一種特別變化,當它們的壽命已經走到盡頭之後,整體的結構就會出現顯著的改變。

因為本身的重力作用依然還在發揮作用,但是內部已經沒有可以繼續反應然後產生能量以對抗外部重力場的物質了, 所以就會慢慢地向內收縮,最後走向坍塌,以爆炸作為結束。

但是爆炸並不會讓這個天體解體,而是會進一步改變它的形態,逐步向一個中子星的階段發展。

當這些變化穩定下來之後,所有的物質就會開始集中起來,並且向中心開始凝聚,讓整個天體的密度越來越高,品質也越來越大,這也就是強大重力的來源。

一般來說,被稱為黑洞的天體都要遠比我們知道的恒星和行星巨大得多,這樣的形態和性質使得它們擁有了超高的時空曲率。

盡管體積也不大,但是卻能將周圍的時空走向徹底改變,創造出一個獨立的區域,但是一般的裝置和成像技術是很難觀測到的。

因為黑洞的附近都是沒有光的,任何一點光線經過這裏都會被吸入最核心的區域,無法照亮它的周圍, 某種意義上來說,黑洞就像宇宙誕生之初的奇異點一樣,致密且高壓,只是沒有發生爆炸而已。

為什麽是紅色?

那麽黑洞為什麽除了黑色以外還有紅色的部份呢?

我們前面說過,黑洞品質大密度大,而且原本是經過坍塌之後才形成的,不僅能夠吸入各類物質,也能吸收光線,所以核心部位看起來完全是黑色的,這也是為什麽人類最初的觀測結果中只能看到非常模糊的陰影。

所以一開始科學家認為黑洞應該就是這個樣子,但是隨著觀測技術的不斷提升,它們漸漸有了一些新的發現, 比如黑色的範圍其實是有限的。

在一定的半徑中,所有的光線都不能逃逸, 以這個半徑為標準劃定的區域被稱為視界面 ,在這個範圍以內,黑洞都是看不見的,而在這個範圍以外,光線會留下一些痕跡。

具體來說,就是 光線被黑洞的核心區域完全吸收之前,會留下一些類似光暈的東西 ,讓我們能夠看到它們存在過的證明,這樣一來,在黑洞的視界面附近就會留下一圈明亮的光圈。

理論上講它們其實是會在黑洞的重力作用下很快消失的,但是因為宇宙當中一直存在著逃逸的光線會不斷來到黑洞的重力場範圍中,所以被吸收的事件也會持續發生,就像一條河流一樣,源源不斷, 讓我們可以獲得光線被吸入的證據,同時也捕捉到黑洞的真正輪廓。

而所謂的紅色就是黑洞吸積盤這個部位呈現出來的顏色。

這一點跟恒星很像,比如說太陽,站在地球上看雖然有各種各樣的顏色,但是在天文觀測裝置的成像當中基本上就是一個通紅的火球。

它的周圍也有類似吸積盤的結構,活動著大量的吸積瓦斯流,呈現出來就是顯著的紅色, 而黑洞其實就是恒星,只不過發展到了晚期,所以它的外圍呈現出紅色是合理的。

結語

不管最後黑洞會發展成什麽樣,人類對它進行的研究都是有意義的,回想起最開始意識到這一天體的存在時,愛因史坦也只是停留在猜測的階段,直到越來越多的證據證明了它的客觀存在。

也正是因為有了愛因史坦提供的理論基礎,後來的科學家們才能站在前人的肩膀上繼續推進研究,所以當我們最後確實觀測到黑洞的影像的時候,還是會忍不住感嘆,愛因史坦確實是又對了。