黑洞内部如何找到黑洞，一个星系有几个黑洞 _睿知

银河系究竟有多少个黑洞？科学家是如何找到黑洞的？
我们看不到风，但我们可以看到风吹时树叶的移动，我们可以听到风吹的声音。同理，虽然我们看不到黑洞，但是我们可以根据黑洞对周围事物的作用来识别黑洞的性质。方法一：太阳，围绕黑洞运动的恒星，是离我们最近的恒星。太阳系还包含八颗行星、几颗矮行星、卫星、尘埃等等。太阳系的规模是现在的人类无法逾越的，但实际上，太阳系只是银河系3000亿个恒星系统中的普通一员。银河系中心潜伏着一个超大质量黑洞，名为人马座A* (SgrA*)，距离我们26万光年。幸运的是，太阳系并不围绕这个超大质量黑洞运转，所以对我们的生活干扰很小。超大质量黑洞附近的恒星就没那么幸运了。他们围着人马座A*转，命运岌岌可危。在引力的作用下，这些恒星的所有轨迹都应该首先服从超大质量黑洞的安排。1931年，射电天文学家探测到来自人马座方向的无线电信号，1974年，证实该区域的无线电发射非常强烈。这些现象引起了科学家的注意，有人推测可能隐藏着一个超大质量黑洞。从20世纪90年代开始，国际天文学家联合起来，花费了大量的精力来克服远距离和许多障碍的挑战。通过观测恒星发出的红外波，他们对银河系中心区域多颗恒星的运行轨迹进行了长时间的连续监测。终于在2009年，根据16年收集到的28颗恒星的运动轨迹，确认了人马座A*的身份，证实了它拥有惊人的430万倍太阳质量[1] 。方法二：电磁辐射“小尺寸大光度”天文学家在银河系中除了超大质量黑洞人马座A*之外，还发现了大约20个恒星级黑洞。这些发现是基于科学家能够从黑洞方向观察X射线，提高了寻找黑洞的效率。黑洞会吞噬它周围的所有物质，包括气体。气体黑洞周围形成涡旋吸积盘。吸积盘比黑洞大得多，可以达到事件视界的几倍甚至几万倍。气体落入黑洞时，一部分势能会转化为光和热，能量转化效率高达6% ~ 40%[2] 。所以黑洞虽然是黑的，但是它的吸积盘是亮的。地球附近的天文学家可以接收到这些黑洞吞噬气体时释放的X射线，从而识别黑洞。方法：黑洞和大质量天体的融合引发了一次重量级的引力事件。2015年9月14日是人类天文观测史上的一个重要里程碑。科学家掌握了通过引力波寻找黑洞的技术。激光干涉仪引力波天文台(LIGO)探测到了距离地球13亿光年的两个黑洞碰撞产生的引力波[3] 。此后，引力波探测技术共接收到11次引力波信号(截至2020年2月20日) 。方法四：拍一张黑洞光环的照片。黑洞吸积盘内部区域有一个明亮的晕圈，距离黑洞中心2.4-2.6倍活动视界半径。把这个光晕拍下来，就能反映出黑洞的黑暗。

文章插图
怎么找到黑洞
在外太空之外，世间万物都逃不出黑洞。我们肉眼看不到，只能用非常专业的天文望远镜才能看到。如果你是宇航员，千万不要找黑洞，因为它会把你撕成碎片，把你吸进三个空间之外的世界。
黑洞是如何发现的
黑洞看不见也摸不着。天文学家主要通过黑洞区域强大的X射线源进行探索。虽然黑洞本身不能发出任何光，但它对周围物体和天体的巨大引力依然存在。当周围物质被其强大的引力吸引，逐渐向黑洞坠落时，会发出强大的X射线，在天空中形成X射线源。通过寻找和观察X射线源，人们可以找到黑洞的踪迹。

文章插图
探测黑洞有几种方法
【黑洞内部如何找到黑洞，一个星系有几个黑洞】目前黑洞还是一个理论上的天体，因为还没有人直接观测到。但科学界普遍相信黑洞的存在，因为越来越多的观测证据间接指向这一点。证据一：吸积盘黑洞是一种引力极大的天体，所有进入黑洞视界(史瓦西半径)的物体都无法逃脱，包括光(电磁波) 。黑洞视界外的天体也有引力，速度不够快的天体会在引力作用下落入视界。这些被吸收的物质会形成一个可测量的吸积盘。吸积盘通常在黑洞的赤道面上，这是由于黑洞自转的离心效应。地球、太阳等天体在自转引起的离心效应影响下略扁) 。科学家们观察到一些恒星的异常运动，仿佛被另一个大质量天体吸引，其中少数甚至具有吸积盘效应，这种现象通常只发生在双星系统中。然而，在这些观测到的天体中没有发现伴星(双星系统中的两颗星互为伴星) 。据推测，这很可能是因为伴星是黑洞。证据二：霍金辐射科学家曾经探测到很强的射电发射，但是无论如何也找不到射电源。推测这个射电源很可能是一个黑洞。根据量子物理学，虚粒子对，一个正粒子和一个负粒子可以在能量中产生。通常，在能量中产生的粒子对几乎会在瞬间相互湮灭，不会被观测到。然而，对黑洞问题的讨论有些复杂。粒子对可以在黑洞视界的内部、外部和边缘产生。因为黑洞的引力强到连光都逃不掉，所以在黑洞的活动视界中产生的粒子对也逃不出黑洞，反而会湮灭在黑洞中。黑洞外产生的粒子对离黑洞足够远，不会被吸进黑洞，但很快就会湮灭。在黑洞视界边缘产生的粒子对可能不会被湮灭，只是
要它具有足够的能量。创生后进入黑洞视界的粒子无法在逃出黑洞，而创生后没有进入黑洞视界的粒子则因为失去湮灭对象而有可能远离黑洞。这远离黑洞的粒子就是我们所观测到的黑洞辐射（霍金辐射）。证据三：粒子流喷射粒子流喷射通常是大质量天体产生的效应。引力场的大小与天体质量呈正相关。大质量天体可以吸引周围物质，使之加速向自己靠近。在此过程中，天体的强大磁场会对带电物质产生集束效应，使之集中于天体的两极，就像地球上极光的成因一样。集中于天体两极的带电物质具有高速度，在强引力场与强磁场的共同作用下，带电物质就会形成喷流，方向沿两极方向向外。经观测，在星系的中心普遍存在着这样的喷流，且强度非常大。然而，在星系中心的区域却没有观测到相应的大质量天体。有理由推测，这观测不到的大质量天体很可能就是黑洞，它是驱使整个星系运动的主要能量来源。证据四：引力透镜现象引力可以使光转向。强引力天体吸引通过四周的光使其转向集中，就像一个凸透镜一样。星系通常都会引起引力透镜效应，放大背景天区的天体。在天文观测中，引力透镜效应会对观测结果产生很大影响。曾经有一位科学家宣称自己找到了黑洞，证据就是在一次观测中偶然发现了遥远天体的光线扰动现象。该被观测天体的影像在观测中突然发生位移，数分钟后又恢复到原位置。在这期间并没有观测到其他天体经过观测天区引起透镜现象。该位科学家认为是一个黑洞的经过引起了观测上的变化。以上四点是观测黑洞常提到方法。目前理论认为，没有什么可以穿越黑洞。任何落入黑洞视界范围内的物质（包括射线、粒子流等)都无法逃出来。
如何找到黑洞黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程；恒星的核心在自身重量的作用下迅速地收缩，发生强力爆炸。当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止，被压缩成一个密实的星球。但在黑洞情况下，由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去，中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末，剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。任何靠近它的物体都会被它吸进去，黑洞就变得像真空吸尘器一样．亦可以简单理解：通常恒星的最初只含氢元素，恒星内部的氢原子时刻相互碰撞，发生裂变、聚变。由于恒星质量很大，裂变与聚变产生的能量与恒星万有引力抗衡，以维持恒星结构的稳定。由于裂变与聚变，氢原子内部结构最终发生改变，破裂并组成新的元素——氦元素。接着，氦原子也参与裂变与聚变，改变结构，生成锂元素。如此类推，按照元素周期表的顺序，会依次有铍元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成。直至铁元素生成，该恒星便会坍塌。这是由于铁元素相当稳定不能参与裂变或聚变，而铁元素存在于恒星内部，导致恒星内部不具有足够的能量与质量巨大的恒星的万有引力抗衡，从而引发恒星坍塌，最终形成黑洞。跟白矮星和中子星一样，黑洞很可能也是由质量大于太阳质量20倍的恒星演化而来的。当一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料（氢），由中心产生的能量已经不多了。这样，它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下，核心开始坍缩，直到最后形成体积小、密度大的星体，重新有能力与压力平衡。质量小一些的恒星主要演化成白矮星，质量比较大的恒星则有可能形成中子星。而根据科学家的计算，中子星的总质量不能大于三倍太阳的质量。如果超过了这个值，那么将再没有什么力能与自身重力相抗衡了，从而引发另一次大坍缩。这次，根据科学家的猜想，物质将不可阻挡地向着中心点进军，直至成为一个体积很小、密度趋向很大。而当它的半径一旦收缩到一定程度(一定小于史瓦西半径），正象我们上面介绍的那样，巨大的引力就使得即使光也无法向外射出，从而切断了恒星与外界的一切联系——“黑洞”诞生了。根据科学家计算,一个物体要有每秒种7.9公里的速度,就可以不被地球的引力拉回到地面,而在空中饶着地球转圈子了.这个速度,叫第一宇宙速度.如果要想完全摆脱地球引力的束缚,到别的行星上去,至少要有11.2km/s的速度,这个速度,叫第二宇宙速度.也可以叫逃脱速度.这个结果是按照地球的质量和半径的大小算出来的.就是说,一个物体要从地面上逃脱出去,起码要有这么大的速度。可是对于别的天体来说,从它们的表面上逃脱出去所需要的速度就不一定也是这么大了。一个天体的质量越是大,半径越是小,要摆脱它的引力就越困难,从它上面逃脱所需要的速度也就越大. 按照这个道理,我们就可以这样来想:可能有这么一种天体,它的质量很大，而半径又很小,使得从它上面逃脱的速度达到了光的速度那么大。也就是说,这个天体的引力强极了,连每秒钟三十万公里的光都被它的引力拉住，跑不出来了。既然这个天体的光跑不出来,我们然谈就看不见它,所以它就是黑的了。光是宇宙中跑得最快的，任何物质运动的速度都不可能超过光速.既然光不能从这种天体上跑出来,当然任何别的物质也就休想跑出来.一切东西只要被吸了进去，就不能再出来，就象掉进了无底洞,这样一种天体，人们就把它叫做黑洞. 我们知道，太阳现在的半径是七十万公里。假如它变成一个黑洞,半径就的大大缩小.缩到多少?只能有三公里.地球就更可怜了,它现在半径是六千多公里.假如变成黑洞，半径就的缩小到只有几毫米.那里会有这么大的压缩机，能把太阳地球缩小的这么!这简直象《天方夜谭》里的神话故事,黑洞这东西实在太离奇古怪了。但是，上面说的这些可不是凭空想象出来的,而是根据严格的科学理论的出来的.原来,黑洞也是由晚年的恒星变成的,象质量比较小的恒星,到了晚年，会变成白矮星；质量比较大的会形成中子星.现在我们再加一句,质量更大的恒星,到了晚年，最后就会变成黑洞.所以，总结起来说,白矮星中子星和黑洞,就是晚年恒星的三种变化结果. 现在,白矮星已经找到了，中子星也找到了，黑洞找到没有?也应该找到的.主要因为黑洞是黑的，要找到它们实在是很困难。特别是那些单个的黑洞，我们现在简直毫无办法。有一种情况下的黑洞比较有希望找到，那就是双星里的黑洞. 双星就是两颗互相饶着转的恒星.虽然我们看不见黑洞，但却能从那颗看的见的恒星的运动路线分析出来.这是什么道理呢?因为,双星中的每一个星都是沿着椭圆形路线运动的,而单颗的恒星不是这样运动。如果我们看到天空中有颗恒星在沿椭圆形路线运动,却看不到它的”同伴”,那就值得仔细研究了。我们可以把那颗星走的椭圆的大小，走完一圈用的时间，都测量出来.有了这些，就可以算出来那个看不见的”同伴”的质量有多大。如果算出来质量很大，超过中子星能有的质量，那就可以进一步证明它是个黑洞了。在天鹅星座，有一对双星，名叫天鹅座X-1.这对双星中，一颗是看的见的亮星,另一颗却看不见.根据那可亮星的运动路线.可以算出来它的”同伴”的质量很大,至少有太阳质量的五倍.这么大的质量是任何中子星都不可能有的.当然，除这些以外还有别的证据。所以,基本上可以肯定，天鹅座X-1中那个看不见的天体就是一个黑洞.这是人类找到的第一个黑洞。另外,还发现有几对双星的特征也跟天鹅座X-1很相似，它们里面也有可能有黑洞。科学家正对它们作进一步的研究. “黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”，其实不然。所谓“黑洞”，就是这样一种天体：它的引力场是如此之强，就连光也不能逃脱出来。