黑洞是外层空间最迷人的现象之一,一度引起无限的遐想,科学家们一直在努力对黑洞进行研究,也获得了不少黑洞知识。现在天文学家发表了一篇新研究论文,记录了一次罕见的可见黑洞碰撞,碰撞产生了一道闪光,使科学家能够从地球上看到这一事件。从《星际迷航》到《神秘博士》…无数科幻小说经常将黑洞融入故事情节,这在很大程度上是因为仍然有太多我们对黑洞不知道的东西。

但是亚历山大·维伦金丝毫没有被这个庞大而复杂研究主题吓倒,伦纳德和简·霍姆斯·伯恩斯坦教授在塔夫斯大学物理和天文学系从事进化科学研究,几十年来他一直在研究理论宇宙学,包括暗能量、宇宙弦和多重宇宙,如果有人能帮助解开围绕黑洞的一些谜团,那他应该就是其中之一。为了更接近这些宇宙“巨人”的真面目,这里有三个关于黑洞的事实可能让你头晕目眩,但你值得学习和了解。

黑洞大得令人费解

黑洞通过它们的大小和质量,或黑洞所拥有的物质数量来衡量,一个中等大小的天体黑洞质量可能比太阳大20倍。然而,黑洞内部的引力是如此强大,以至于它将所有的质量“凝聚”在一个直径只有20英里的球体,与其他普通天体相比,非常不同。

黑洞质量可以划分为微型黑洞,中等质量黑洞,大质量黑洞,超大质量黑洞等,其中超大质量黑洞通常可能有10亿倍太阳质量。每个大型星系,包括银河系,其中心都至少有一个超大质量黑洞。就超大质量黑洞而言,银河系中心的黑洞相当小,只有几百万倍太阳质量。有记录最小的天体黑洞实际上很小,其质量仅为太阳的四倍。

黑洞可以合并

彼此靠近的黑洞往往会漂移得更近,发生的情况是:这些黑洞在引力的作用下互相依附,并开始围绕彼此旋转。它们形成一个双星系统,当它们旋转时,它们将逐渐因引力辐射而失去能量。它们彼此将靠得越来越近,围绕彼此旋转的速度越来越快,最终双星黑洞会合并,并释放出引力波。到目前为止,还没有观测到超大质量黑洞的碰撞,但天文学家已经观察到许多中小型黑洞的碰撞。

遗憾的是不能通过望远镜看到这样壮观的碰撞,无论望远镜有多高的分辨率,因为根本没有光可以从黑洞事件视界内逃逸出来。然而,使用非常灵敏,非常大的引力波探测器,科学家可以探测和测量黑洞发出的引力波。这些波就像时空中的涟漪,收集到的数据讲述了数百万光年或数十亿光年外发生的事情。黑洞在其双星系统中运行时发出的引力波通常太弱,无法被探测到。

但当黑洞即将合并时,以及当黑洞最终合并形成更大的黑洞时,就能探测到发出的引力波。引力辐射爆发持续的时间很短,但它们以某种模式出现,当天文学家看到这种模式时,就可以确定它是黑洞碰撞产生的,并计算出它们的质量和距离有多远。2019年9月美国国家航空航天局(NASA)宣布,天文学家在距离地球约10亿光年的一个系统中,发现了三个处于碰撞路线上的超大质量黑洞。

黑洞有一条不归路

黑洞有所谓的事件视界,把这个想象成黑洞的表面,任何东西都不能从表面下逃脱,包括光。那么,例如,当一艘宇宙飞船跨过视界时会发生什么呢?假设飞船在接近黑洞时向我们发送光脉冲,当飞船接近视界时,脉冲会变得越来越弱,它们之间的间隔也会变得越来越长。当宇宙飞船非常接近视界时,我们看到它就好像被冻结了一样,我们永远不会看到宇宙飞船真正进入视界之下,因为光线不能从那里逃逸。

那宇宙飞船里的旅行者呢?当宇宙飞船接近事件视界时,他们不会注意到任何特别的东西,他们仍然会看到我们。然而,一旦它们越过事件视界,这就是一个不可逆转的点,已经不能掉头就走,只能向黑洞中心移动。引力将变得越来越强,由于引力将物体向一个方向拉伸,宇宙飞船将会变得面目全非。最终,这艘宇宙飞船将击中中心点(实际上是已经变成基本粒子的飞船了),也就是所谓的奇点。

从数学上讲,奇点是引力变得无限强的地方,所以时空的曲率变得无限大,目前还不知道奇点到底发生了什么,但宇宙飞船和里面的一切都将在船达到奇点之前很久就被摧毁成基本粒子了。

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进入黑洞“事件视界”奇点后,会怎样?

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黑洞是外层空间最迷人的现象之一,一度引起无限的遐想,科学家们一直在努力对黑洞进行研究,也获得了不少黑洞知识。