明明叫黑洞,为什么黑洞照片的颜色是红色的?为什么它不叫红洞?
其实,这和黑洞一开始的命名有关,它最初是爱因斯坦广义相对论的一个衍生猜想,最后一点一点被证实。
黑洞为什么是红色的
等人们拍摄到黑洞的第一张「玉照」,已经是2019年的事情了,此时距离黑洞这个假设已经过去了近100年。
名字都已经被写进去了,也就不好随意更改。
或许很多人不知道的是,咱们看到的这个黑洞照片,其实也不是黑洞的真实样子,它是后期处理过的。
黑洞的照片其实是「照骗」
爱因斯坦与黑洞
提到黑洞,大家第一个会想到 霍金 ,的确,霍金教授研究黑洞研究得比较多,在上面取得的成就也非常高。
但是,黑洞并不是霍金第一个发现的, 它源于爱因斯坦的广义相对论 。
不管是狭义相对论还是广义相对论, 在当时都是一种假设 ,没有实验作为支撑,但是这不妨碍科学家们研究相对论。
一位叫做 卡尔·史瓦西 天文物理学家,在爱因斯坦论文发表后的第二年,开始研究 爱因斯坦的引力场 ,在进行计算之后, 得到了一个固定值 。
黑洞的概念和爱因斯坦有关
史瓦西认为,只要进入这个范围,那么 无论是什么物质都会被吸进去 。
根据史瓦西的计算,只要天体的半径小于这个定值,那么它就会 发生吞噬其他物体的现象 ,后来这个半径被称为 「史瓦西半径」 。
后来的天文物理学家不断地完善这一假设, 得到了一个天体的假想 ,它的半径小于史瓦西半径, 质量大到离谱,密度也非常大 。
由于光也无法从这个范围内逃出去,理论上这个天体是不发光的,所以是一片漆黑, 被命名为「黑洞 」。
卡尔·史瓦西和他的「史瓦西半径」
从此,黑洞这一名词诞生, 这在当时不过是一种假设 ,即使真的存在黑洞,仅仅通过光是不可能发现它的。
但是,不能从光学上发现它,总会有别的方法, 1970年,人类第一次发现了黑洞 。
当时的人造卫星发现,在 天鹅座X-1 方向有特殊的射线发射出来, 与过去接收的射线完全不一样 。
这个发现表明,黑洞不再是一个假设,而是宇宙中真实存在的天体, 爱因斯坦又对了 。
黑洞最初是一个假设
黑洞的存在,可以作为广义相对论正确的一个重要证据。
但是,就像黑洞一开始的定义一样,它是吸收所有物质的,人们通过天文望远镜根本就看不到它的存在。
既然看不到,为何还能拍出一张照片呢?
人们对黑洞的想象
拍摄黑洞
其实,万众瞩目的黑洞照片, 是一张「照骗」 ,如果非要严格意义来定义,所有太空图片都有一定程度的Ps。
黑洞的第一张照片, 是8台望远镜经过长时间的追踪 ,最后经过超级计算机的处理,合成的照片。
这是一个处于 M87星系的黑洞 ,距离我们 5500万光年 ,质量是太阳的 65亿倍 。
黑洞的时空曲率非常巨大,光也逃不掉,所以没有光从黑洞中发射出来,但是, 黑洞中心没有光,不代表黑洞周围没有光 。
黑洞在M87的位置
可能很多人对黑洞有误解,认为它像贪吃蛇一样,吧唧吧唧就把天体吞了,实际上,黑洞吞噬才是真正的吸星大法。
在没有被完全吸光之前, 天体残余的部分依旧是发光的 ,这其中还会发射很多射线,比如 γ射线 。
因此,在地球上不同的位置,天文学家找到了 8台天文望远镜 ,从北半球到南半球,全部监测M87星系。
它们组成了一个望远镜系统叫做 视界望远镜(EHT) , 相当于一个口径 13000公里 的大望远镜。
参与拍摄黑洞的八台天文望远镜
这些望远镜全部都是射电望远镜,不是在「看」黑洞,而是在 接收黑洞周围的电磁波 ,然后将其转化为数据储存起来。
等到监测任务完成得时候, 电磁波数据存满了2000多个硬盘 。
之后得一切就要交给超算了,也就是超级计算,这是 利用计算机对这些数据进行处理 ,一般的计算机根本做不到,得需要 超级计算机 。
来自美国和的德国的超级计算机团队,对这 上百亿个G的数据进行处理 ,筛选出不必要的数据。
超级计算机
其实监测工作早在2017年就已经完成,但是照片是在2019年才合成出来,可见这背后巨大的工作量。
有的时候科学家们处理了 一整天的数据几百个G,没一个B(字节)是有用的 。
所以,这张照片不是拍摄的,是通过电磁波信号转化而来的。
照片中的黑洞像一只猫猫的眼睛, 中间是黑的,周围是红色的 ,网友们纷纷开始恶搞P图。
玩归玩,闹归闹,科学的事情也不敢开玩笑,不是说好了黑洞吗?咋处理出来是「红洞」了?
人类第一张黑洞照片
黑红黑红
关于黑洞为什么是红色的,不少网又表示,没听过 「黑到深处自然红」 吗?
当然,这是调侃的玩笑话,其实黑洞的颜色很早之前霍金就研究过,他当时就认为 黑洞周围是有颜色的 。
黑洞的颜色,还要从它吞噬天体的「吸星大法」开始说起。
当一个黑洞靠近一个天体的时候, 天体会被黑洞巨大的引力撕碎 ,这些碎片不会立马被黑洞吞噬掉,而是 像漩涡附近的水一样,围绕黑洞旋转 。
黑洞吞噬天体
虽然被撕碎了,但是 这些天体的组成原子没有 变,比如恒星,还是氢原子。
这些碎片 围绕黑洞组成了一个吸积盘 , 各种反应还在进行 ,所以 会发光、产生射线、甚至还会出现声音 。
2022年, NASA就听到了黑洞吞噬的声音 ,这是非常罕见的,因为黑洞什么都吸,它会吸收星云,而组成 星云的主要成分是气体 。
这个时候的 黑洞吸积盘就不是真空的 ,而是有「空气」的,内部吞噬的声音就会通过星云残骸传播。
宇宙中的各种星云
视界望远镜(EHT)捕捉的信号,也正是 吸积盘发射出来的电磁波 。
我们所看到的黑洞照片是红色,那个 红色其实就是超算处理出来的吸积盘颜色 ,大部分恒星的颜色都是红、黄、橙色系,因此处理出来就成了「红洞」。
而且,M87星系的黑洞,只是黑洞的一种,根据霍金的研究, 黑洞的类型应该有很多种 ,根据物理性质就有: 旋转不带电的、不旋转带电的、不旋转不带电的 等等。
那么,黑洞是如何产生的,它总不可能凭空出现在宇宙吧?
黑洞专家霍金
黑洞的诞生
黑洞是 大质量恒星「黑化」的结果 ,也就是它们燃烧完了自己所有的燃料,内部聚合反应到了铁元素, 所有的聚变基本到头了 。
这样的恒星已经不再发光发热,进入了垂老之年,脾气那是相当的暴躁,突然想不开,它就爆炸了。
这个爆炸叫做 超新星爆炸 ,它会将恒星外面的物质全部炸飞, 只留下一颗内核 ,内核的半径小于史瓦西半径,质量非常大,遇见谁就吞噬谁。
大质量恒星和太阳(左下角的小红点)
这颗内核演化为了一个黑洞 ,而那些被炸飞的成分,在爆炸的能量中, 又再次回到了最初的起点氢原子 。
它们组成了星云,而 星云又将是下一颗恒星的诞生之处 。
我们的太阳系就是从星云中诞生的,也就是说它的前世很有可能是 一颗变成黑洞的恒星 。
那太阳会变成黑洞吗?不会,因为太阳太小了,它在宇宙中只是一颗普通恒星,最后只能 「安安静静」地演化成一颗白矮星 。
太阳的归宿白矮星
这个安静只是相对于大质量恒星而言,太阳的晚年其实也会很暴躁,只是质量不允许它爆炸。
迄今为止人类只拍摄到了两个黑洞的照片, M87星系黑洞以及我们的银心黑洞人马座A* ,但是宇宙的黑洞不止这两个。
未来会有更多黑洞的照片面世,它会在人类的不断研究中,脱掉「可怕」的外衣。