黑洞|人类认识黑洞的小小一步黑洞|星系|恒星|x射线|银河系

撰文 | 刘辛味

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黑洞周围的吸积盘和喷流，艺术想象图丨来源：JPL
美国亚利桑亚大学的天体物理学家Dimitrios Psaltis说，“我们通常测量恒星和气体运动的轨道，这些恒星和气体似乎围绕着天空中非常暗的一‘点’旋转，然后我们测量那个暗点的质量。如果我们没能发现其他天体能像它那样质量如此之大、颜色如此之深，我们就会认为这是黑洞存在的有力证据。”
天文学家还能通过黑洞周围的吸积盘和发出的喷流而确定它的存在。当物质被黑洞吸收时，会沿着螺旋状的轨道靠近黑洞，从而形成一个圆盘状的吸积盘。在被吸入黑洞的同时，它们还会沿着旋转轴的方向喷出高能粒子，也就是喷流。这些高强度的辐射能被地球上的望远镜捕获到，从而认定黑洞的存在。
黑洞的间接证据一：X射线
1999年，美国国家航空航天局（NASA）发射了三颗卫星，它们组成了钱德拉塞卡X射线天文台（CXO）。这是以著名的美籍印裔物理学家钱德拉塞卡命名的望远镜，专门观测不同天体发出的X射线。对于黑洞存在的最好证据就来自这里。
在黑洞的引力下，吸积盘内物质落入黑洞的速度极快，物质之间的摩擦使它被加热至数十亿度的高温，从而发出辐射，这些辐射就包括有X射线。如果黑洞吸收的物质过多，喷流也会出现爆发。天文学家把这一个过程形象的称为“打嗝”——就像黑洞进食过程中打了一个嗝。
钱德拉塞卡天文台记录了一次著名的打嗝。两个距离我们大约2600万光年的星系NGC 5195和涡状星系NGC 5194，爆发出了强烈的X射线。这是一对著名的交互作用星系，天体物理学家认为这次X射线爆发来自里面巨大的黑洞。

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左侧为哈勃望远镜拍摄的光学成像，右侧为X射线成像来源：Chandra.harvard.edu
与它们相似的是Arp 147，也是两个交互作用的环状星系。这张图像上的紫红色斑点是强烈的X射线辐射区域，被认为是当两个星系（蓝色是螺旋星系，粉红色环是椭圆星系）相撞时形成的黑洞。

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这张图也是钱德拉塞卡X射线望远镜和哈勃望远镜观测合成来源：chandra.harvard.edu

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此图是X射线拍下的图片
这是来自英仙座星系团中心区域的X射线和声波（经过特殊处理）——黑洞存在的更间接证据：

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图中的白点是超大质量黑洞来源：chandra.harvard.edu

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2013年9月，钱德拉X射线望远镜还看到一个从银河系中心黑洞发出的耀斑，是这里发出一般X射线强度400倍，持续了数个小时。
最近的研究显示，在银河系中心的大黑洞周围，还拥有者甚至超过20000个较小的黑洞。一组研究人员发现了银河系中心三光年范围内存在十几个黑洞的证据。下面也是一个X射线图像，他们用蓝色的圆圈来表示黑洞。

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黑洞只有在“吞噬食物”时才会释放强烈的X射线，但“捕捉”它们非常不容易。黑洞一般来说很难侦测到，即使是像银河系中心的黑洞，它的吸积盘也非常暗淡，能记录一下它的爆发并不容易。除了X射线，还有一些其他方法能证明它的存在，比如射电波。

黑洞|人类认识黑洞的小小一步

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