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黑洞風威力巨大,可以形成高速的噴流,就像黑洞打了個噴嚏

2024-08-02科學

黑洞是宇宙裏特別神秘的天體之一,以前人類一直在探索它,但就是搞不清楚,只曉得它周邊有很強的重力場,連光都跑不出來。

這麽神奇的天體,當然引得無數天文學家去研究,大家也特別期待能看清黑洞的全部模樣,不過要依靠科學技術來觀測黑洞,可不是容易的事兒。

得是超級望遠鏡有足夠的分辨率,可以分辨出光被拉入黑洞時的狀況,人類才有本事拍攝黑洞。

史瓦西半徑能用來形容黑洞邊界,它意味著黑洞有著很強的重力,也代表著其重力的範圍,反正任何東西只要跨過這個界限,就都回不來了,連光也不例外。

科學家們自 2017 年就著手計劃,把分布在全球好多地方的靜電望遠鏡都集合起來,調動了全球從兩極一直到赤道總共 8 個天文台的力量,花了兩年功夫,總算成功拍出黑洞照片,還公布出來讓大家都知道。

2019 年,大家總算能看到黑洞的模樣啦,這個黑洞在 M87 星系裏頭,離地球有 5300 萬光年那麽遠,質素跟 65 億顆太陽差不多。

在感嘆拍攝艱難的時候,大家也被黑洞的數據驚到了,真沒想到黑洞質素這麽大,同時天文學家也好奇起來,黑洞究竟還有啥秘密。

後來的研究也沒叫人失望,在 2020 年,黑洞噴流的影像被拍到了,人類由此看到了黑洞的另外一面。

它可不是看上去那種靜止的黑色洞口,而是像火山似的,時不時就會噴發,好像是有生命的一樣。

這讓科學家研究它的心思更強烈了,從照片上能清楚看到黑洞噴流的樣子,科學家琢磨這種特別現象的根由,可能是黑洞自身質素高度集中,從而造成了極度的時空彎曲。

一直以來,大家都覺得黑洞是那種「只進不出」的天體,可這張照片表明了黑洞其實會憑借一種叫噴流的機制把物質給投擲去。

圍繞著黑洞的那些星際物質,受到吸積盤的影響一直往黑洞裏掉,在此過程中,物質會以電漿能量包的樣子高速噴出來,從而形成了噴流。

不過呢,噴流形成的原因到現在還是個沒解開的謎,這也就成了科學家們去研究的主要動力。

能確定,黑洞噴流指的就是從黑洞往外噴射出的高速粒子流。

這些粒子主要是電子、質子還有其他亞原子粒子,在磁場跟黑洞強大重力的影響下,被加速得快接近光速了,於是就構成了能量密度特別高的噴流。

在它往外噴的過程裏,還會從黑洞周邊攝取物質,並且以差不多光速的速度朝外噴射。

黑洞噴流的特點是形態特別多,能是往上噴射的「噴泉狀」流,也能是朝兩邊噴發的「雙噴口」流,而這些形態不一樣,主要是由黑洞本身的特點還有它周圍環境裏物質的分布決定的。

噴流形成的原因以及特點表明,黑洞並非完全與世隔絕,而是跟宇宙的其他部份存在復雜的相互關聯。

要搞明白黑洞噴流的物理機制,就得研究黑洞重力對物體產生的影響,還有物體圍繞黑洞是咋轉的。

黑洞噴流的形成跟黑洞自身的性質聯系緊密,因為黑洞屬於一種極其極端的天體,其質素超大,然而體積特小,所以能確定它的邊界。

黑洞的邊緣叫史瓦西半徑,這是在理論上有的一個界限,但凡進入這個範圍的物質,都沒法逃出黑洞的重力。

不過呢,有一些物質能擺脫這種束縛,它們被吸引到黑洞邊上,弄出了一個旋轉的吸積盤,這吸積盤裏的物質由於摩擦就變熱了,放出好多Gamma射線和 X 射線。

吸積盤裏的物質順著射線的方向抵達黑洞的兩極,然後以超快的速度噴射出來,這跟太陽風被地球磁場引到地球兩極從而形成極光的道理差不多。

由於這些帶電粒子在黑洞強大的磁場影響下獲取了充足能量,所以才有可能擺脫黑洞的約束。在這個過程裏,黑洞磁場起著至關重要的作用,不但能夠給帶電粒子加速,還會左右噴流的方向以及穩定性。

黑洞噴流的勁兒可大著呢,能給周邊的星際介質帶來明顯的影響。像超大質素黑洞的噴流,甚至能左右整個星系的演變過程。

對這些噴流進行觀測和研究,能讓科學家深入知曉黑洞的物理特性以及其對宇宙的作用。

除了黑洞噴流,另外有一種跟黑洞有關的現象叫霍金輻射。霍金輻射的形成原理跟黑洞噴流壓根不一樣。

霍金輻射是當黑洞的溫度比外界宇宙環境溫度高的時候,依照熱力學定律出現的一種熱輻射。這輻射的物質來自黑洞裏邊,可黑洞噴流的物質卻是來自黑洞史瓦西半徑範圍之外。

所以呀,黑洞噴流速度特別快,噴射也特別強烈,能當成是從黑洞核心朝兩極噴射出來的強烈光柱,就像 M87 星系中心黑洞釋放的光柱能延展超過 5000 光年。

雖說這些光柱特別耀眼,可它們對黑洞自身沒啥大作用,就好比黑洞猛地打了個噴嚏似的。要知道,黑洞不是生物,而是宇宙裏實實在在的一種奇異現象。

不過科學家們研究發現,黑洞周邊一直散發的「能量波」其實就是黑洞噴流,這是一種相當壯觀的自然現象。

人類對於黑洞的認識始終在持續加深。依靠 NuSTAR、ULTRACAM、哈伯太空望遠鏡這類先進的科學儀器,科學家能夠捕捉到黑洞噴流的痕跡,還能精確測量其性質。

人們總算搞清楚了,雖說黑洞噴流挺引人註目的,可對黑洞自身沒啥大影響。實際上呢,噴流不消耗黑洞的質素,這就相當於黑洞的一種「內部氣體排放」情況。

不過呢,黑洞噴流對於周邊星系的演化,很可能有著特別深的影響。這也許會左右新星的形成,最後對整個星系的發展走向都產生作用。

隨著科技不斷發展,以後咱們有希望弄清楚更多黑洞的神秘之處,像噴流到底怎麽精確形成的、黑洞裏邊啥結構,還有黑洞跟廣義相對論的關系等等。

黑洞研究的進展過程,見證了人類在天文觀測儀器上的重大突破,不管是首張黑洞照片的出現,還是後來黑洞噴流的照片,都表明人類在探索未知領域的道路上不斷前行。