明明叫黑洞,為什麽黑洞照片的顏色是紅色的?為什麽它不叫紅洞?
其實,這和黑洞一開始的命名有關,它最初是愛因史坦廣義相對論的一個衍生猜想,最後一點一點被證實。
黑洞為什麽是紅色的
等人們拍攝到黑洞的第一張「玉照」,已經是2019年的事情了,此時距離黑洞這個假設已經過去了近100年。
名字都已經被寫進去了,也就不好隨意更改。
或許很多人不知道的是,咱們看到的這個黑洞照片,其實也不是黑洞的真實樣子,它是後期處理過的。
黑洞的照片其實是「照騙」
愛因史坦與黑洞
提到黑洞,大家第一個會想到 霍金 ,的確,霍金教授研究黑洞研究得比較多,在上面取得的成就也非常高。
但是,黑洞並不是霍金第一個發現的, 它源於愛因史坦的廣義相對論 。
不管是狹義相對論還是廣義相對論, 在當時都是一種假設 ,沒有實驗作為支撐,但是這不妨礙科學家們研究相對論。
一位叫做 卡爾·史瓦西 天文物理學家,在愛因史坦論文發表後的第二年,開始研究 愛因史坦的重力場 ,在進行計算之後, 得到了一個固定值 。
黑洞的概念和愛因史坦有關
史瓦西認為,只要進入這個範圍,那麽 無論是什麽物質都會被吸進去 。
根據史瓦西的計算,只要天體的半徑小於這個定值,那麽它就會 發生吞噬其他物體的現象 ,後來這個半徑被稱為 「史瓦西半徑」 。
後來的天文物理學家不斷地完善這一假設, 得到了一個天體的假想 ,它的半徑小於史瓦西半徑, 品質大到離譜,密度也非常大 。
由於光也無法從這個範圍內逃出去,理論上這個天體是不發光的,所以是一片漆黑, 被命名為「黑洞 」。
卡爾·史瓦西和他的「史瓦西半徑」
從此,黑洞這一名詞誕生, 這在當時不過是一種假設 ,即使真的存在黑洞,僅僅透過光是不可能發現它的。
但是,不能從光學上發現它,總會有別的方法, 1970年,人類第一次發現了黑洞 。
當時的人造衛星發現,在 天鵝座X-1 方向有特殊的射線發射出來, 與過去接收的射線完全不一樣 。
這個發現表明,黑洞不再是一個假設,而是宇宙中真實存在的天體, 愛因史坦又對了 。
黑洞最初是一個假設
黑洞的存在,可以作為廣義相對論正確的一個重要證據。
但是,就像黑洞一開始的定義一樣,它是吸收所有物質的,人們透過天文望遠鏡根本就看不到它的存在。
既然看不到,為何還能拍出一張照片呢?
人們對黑洞的想象
拍攝黑洞
其實,萬眾矚目的黑洞照片, 是一張「照騙」 ,如果非要嚴格意義來定義,所有太空圖片都有一定程度的Ps。
黑洞的第一張照片, 是8台望遠鏡經過長時間的追蹤 ,最後經過超級電腦的處理,合成的照片。
這是一個處於 M87星系的黑洞 ,距離我們 5500萬光年 ,品質是太陽的 65億倍 。
黑洞的時空曲率非常巨大,光也逃不掉,所以沒有光從黑洞中發射出來,但是, 黑洞中心沒有光,不代表黑洞周圍沒有光 。
黑洞在M87的位置
可能很多人對黑洞有誤解,認為它像貪吃蛇一樣,吧唧吧唧就把天體吞了,實際上,黑洞吞噬才是真正的吸星大法。
在沒有被完全吸光之前, 天體殘余的部份依舊是發光的 ,這其中還會發射很多射線,比如 γ射線 。
因此,在地球上不同的位置,天文學家找到了 8台天文望遠鏡 ,從北半球到南半球,全部監測M87星系。
它們組成了一個望遠鏡系統叫做 視界望遠鏡(EHT) , 相當於一個口徑 13000公裏 的大望遠鏡。
參與拍攝黑洞的八台天文望遠鏡
這些望遠鏡全部都是射電望遠鏡,不是在「看」黑洞,而是在 接收黑洞周圍的電磁波 ,然後將其轉化為數據儲存起來。
等到監測任務完成得時候, 電磁波數據存滿了2000多個硬碟 。
之後得一切就要交給超算了,也就是超級計算,這是 利用電腦對這些數據進行處理 ,一般的電腦根本做不到,得需要 超級電腦 。
來自美國和的德國的超級電腦團隊,對這 上百億個G的數據進行處理 ,篩選出不必要的數據。
超級電腦
其實監測工作早在2017年就已經完成,但是照片是在2019年才合成出來,可見這背後巨大的工作量。
有的時候科學家們處理了 一整天的數據幾百個G,沒一個B(字節)是有用的 。
所以,這張照片不是拍攝的,是透過電磁波訊號轉化而來的。
照片中的黑洞像一只貓貓的眼睛, 中間是黑的,周圍是紅色的 ,網友們紛紛開始惡搞P圖。
玩歸玩,鬧歸鬧,科學的事情也不敢開玩笑,不是說好了黑洞嗎?咋處理出來是「紅洞」了?
人類第一張黑洞照片
黑紅黑紅
關於黑洞為什麽是紅色的,不少網又表示,沒聽過 「黑到深處自然紅」 嗎?
當然,這是調侃的玩笑話,其實黑洞的顏色很早之前霍金就研究過,他當時就認為 黑洞周圍是有顏色的 。
黑洞的顏色,還要從它吞噬天體的「吸星大法」開始說起。
當一個黑洞靠近一個天體的時候, 天體會被黑洞巨大的重力撕碎 ,這些碎片不會立馬被黑洞吞噬掉,而是 像漩渦附近的水一樣,圍繞黑洞旋轉 。
黑洞吞噬天體
雖然被撕碎了,但是 這些天體的組成原子沒有 變,比如恒星,還是氫原子。
這些碎片 圍繞黑洞組成了一個吸積盤 , 各種反應還在進行 ,所以 會發光、產生射線、甚至還會出現聲音 。
2022年, NASA就聽到了黑洞吞噬的聲音 ,這是非常罕見的,因為黑洞什麽都吸,它會吸收星雲,而組成 星雲的主要成分是瓦斯 。
這個時候的 黑洞吸積盤就不是真空的 ,而是有「空氣」的,內部吞噬的聲音就會透過星雲殘骸傳播。
宇宙中的各種星雲
視界望遠鏡(EHT)捕捉的訊號,也正是 吸積盤發射出來的電磁波 。
我們所看到的黑洞照片是紅色,那個 紅色其實就是超算處理出來的吸積盤顏色 ,大部份恒星的顏色都是紅、黃、橙色系,因此處理出來就成了「紅洞」。
而且,M87星系的黑洞,只是黑洞的一種,根據霍金的研究, 黑洞的型別應該有很多種 ,根據物理性質就有: 旋轉不帶電的、不旋轉帶電的、不旋轉不帶電的 等等。
那麽,黑洞是如何產生的,它總不可能憑空出現在宇宙吧?
黑洞專家霍金
黑洞的誕生
黑洞是 大品質恒星「黑化」的結果 ,也就是它們燃燒完了自己所有的燃料,內部聚合反應到了鐵元素, 所有的融合基本到頭了 。
這樣的恒星已經不再發光發熱,進入了垂老之年,脾氣那是相當的暴躁,突然想不開,它就爆炸了。
這個爆炸叫做 超新星爆炸 ,它會將恒星外面的物質全部炸飛, 只留下一顆內核 ,內核的半徑小於史瓦西半徑,品質非常大,遇見誰就吞噬誰。
大品質恒星和太陽(左下角的小紅點)
這顆內核演化為了一個黑洞 ,而那些被炸飛的成分,在爆炸的能量中, 又再次回到了最初的起點氫原子 。
它們組成了星雲,而 星雲又將是下一顆恒星的誕生之處 。
我們的太陽系就是從星雲中誕生的,也就是說它的前世很有可能是 一顆變成黑洞的恒星 。
那太陽會變成黑洞嗎?不會,因為太陽太小了,它在宇宙中只是一顆普通恒星,最後只能 「安安靜靜」地演化成一顆白矮星 。
太陽的歸宿白矮星
這個安靜只是相對於大品質恒星而言,太陽的晚年其實也會很暴躁,只是品質不允許它爆炸。
迄今為止人類只拍攝到了兩個黑洞的照片, M87星系黑洞以及我們的銀心黑洞人馬座A* ,但是宇宙的黑洞不止這兩個。
未來會有更多黑洞的照片面世,它會在人類的不斷研究中,脫掉「可怕」的外衣。