黑洞本应该是看不见的,但为什么大部分黑洞反而很明亮?

根据定义,黑洞密度非常地大,以致于连光都无法逃逸,但是你随便问一个天体物理学家,他们都会说黑洞是宇宙中最亮的物体之一,这又是怎么回事?

其中一部分答案是:黑洞并不是单独存在的。位于星系中心的巨型黑洞通常被灼热的气体云所包围,当这些物质流入黑洞时,它可以在黑洞周围创造出一个宇宙光环。

但奇怪的是,银河系中心的黑洞并没有像它应该的那样明亮。相对而言,弄清为什么这个黑洞如此昏暗,将有助于了解我们所看到的黑洞“光线”与落入黑洞的物体之间的联系。

为什么黑洞如此明亮

黑洞发光的方式有很多种。当来自附近恒星的气体落入黑洞时,气体就会像水进入排水洞一样螺旋落入黑洞,而当这些气体这样做的时候,它会一起摩擦,然后变热。这基本上和钻木取火的过程是一样的,只不过这里的这种气体的温度可以达到数百万度。

温度这么高的气体会把自己的原子拉扯开,产生大量的正离子和负电子。这些翻腾的带电粒子会产生紊流磁场,将气体汇聚成两股指向相反方向的喷流。如果其中一股喷流的角度恰好指向地球,我们就会看到一个明亮的黑洞。

但有时我们并没有直接位于这些喷流的路径上,这些喷流在喷射出来之后也可能撞击到附近的气体云,甚至邻近的星系,产生碰撞独有的辉光。

我们的昏暗怪物

我们星系的中心有一个异常平静的怪物。夏威夷希洛中央研究院天文与天体物理研究所的杰弗里·鲍尔(Geoffrey Bower)说:“作为一个黑洞和一个能量系统,它几乎就跟死了一样。”

问题是为什么呢。密歇根大学的天体物理学家Lia Corrales说:“我们知道有某种机制可以阻止物质到达黑洞中心,或者到达黑洞本身并掉进去,但是我们还没有弄清楚这种机制到底是什么。”

一种观点认为,当气体落入黑洞并被加热时,增加的压力会将气体推出来。事实上,在上个月发表于《天体物理学杂志》的一篇论文中,Corrales和她的同事公布了人马座A *(“A星”,银河系中央的黑洞)的观察统计分析结果,这项观察由钱德拉X射线卫星进行,时间长达一年。研究发现,人马座A*附近的热气体有向外移动并逐渐冷却的迹象。

但人马座A*并没有死。它有时会发出砰的一声或者咯咯的笑声,有时还会亮上几百倍。天文学家不确定这些耀斑是热气体落入黑洞造成,还是激波穿过这些气体造成,或者是弓形磁性物质折断的结果(类似于太阳耀斑)。

为了全面了解发生了什么事情,天文学家们试图同时通过许多不同类型的望远镜观察人马座A*。

这项研究的关键就是视界望远镜(EHT,Event Horizon Telescope)——这11个遍布地球表面的望远镜可以作为一个单一的仪器使用。在这些发光的气体落入黑洞之前,EHT可以看到这些发光气体在黑洞外围缓慢移动的方式,而其他望远镜可以看到离黑洞更远的地方发生了什么,然后,天文学家就可以将这些观察进行比较,弄清楚究竟是什么导致了这些黑洞耀斑。

EHT最早在2017年使用这11个望远镜中的8个开始观测人马座A*的(剩下的3个将在以后启用)。每年,只有在春天的10天时间内,EHT的所有望远镜都能看到这个天文目标,这个极其短暂的观测窗口极大地减少了误差。但不幸的是,在2018年,恶劣天气限制了观测,而在2019年,技术故障迫使天文学家取消了观测。

不过在2017年,天文学家还是走了好运。他们不仅能够通过太空X射线望远镜的观测来协调EHT的运行,而且人马座A*恰好在他们观察的时候发出了耀斑。但天文学家还没有公布这些数据。

但是,原定于3月26日开始的2020年观测活动由于新冠病毒疫情而被取消。天文学家不得不推迟到2021年再对人马座A*进行下一次观测,我们银河系的安静黑洞将不得不继续等待。

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