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TUhjnbcbe - 2025/6/4 19:58:00

天体物理学中最令人兴奋的发现之一是:黑洞不仅是由质量非常大的恒星的核心坍缩造成的,其质量是太阳质量的几倍,甚至是其质量的倍以上,而且还存在着超大质量黑洞。

这些超大黑洞的质量是太阳质量的数百万甚至数十亿倍,它们存在于星系的中心,其中一个存在于我们银河系的中心。到目前为止,我们只是间接看到了它,您一定会问,我们能看到银河系的超大质量黑洞吗?

让我们先告诉你我们怎么知道银河系中心有一个黑洞。

在可见光下,在我们银河系平面中发现的大量尘埃阻碍了我们对银河系中心的观察。但是在其他波长下,例如红外光,X射线和无线电,我们可以穿透这些尘埃,并检测出许多非凡的事物,包括以极快的速度运动的热气体、偶发的耀斑与黑洞的混乱吞噬。至关重要,最引人注目的是,各个恒星的轨道都围绕一个不发光的点进行绕行。

这个“点”与四百万个太阳质量的超大质量黑洞一致。黑洞质量越大,黑洞越大。或至少是其事件视界在空间上物理上较大的区域,或者是其周围没有光可以逸出的区域。如果我们的地球以某种方式变成了黑洞,那将是非常微小的:它的事件视界直径约为0.7英寸(1.7厘米)。但是,如果我们以某种方式把变成了黑洞,则它会更大:大约4英里(6公里)。

我们银河系中心的超大质量黑洞?横跨万英里(万公里),约占水星绕太阳轨道运行的40%。应当指出,在其他星系中,还有很多很多超大质量的黑洞。它们相距数百万光年而不是数千光年。

对于单个对象而言,这是巨大的,而广义相对论的影响会导致空间弯曲,从而将其进一步放大!但是,虽然很容易看到太空中的巨大物体,但距离也非常非常遥远,这使其难以解决。在大约26,光年的距离上,黑洞本身的物理大小将仅为19微弧秒,即六十分之一度的六十分之一的万分之一。相比之下,哈勃太空望远镜的最佳分辨率约为26毫秒,超过哈勃望远镜能看的最小天体的0倍,因此它看不到黑洞。

从理论上讲,如果我们距离更近,距离我们只有几百光年,我们可以直接对其成像。但这实际上我们在技术上达不到理论要求,无法实现近距离成像。但是,我们可以使用一种复杂的技术来克服此限制。您会看到,在某些波长的光中,特别是在无线电和X射线中,黑洞会瞬间变得非常亮,或者通过黑洞附近的物体对其进行背光照明来照亮事件视界范围。

在分辨率方面,通常是由望远镜镜的大小决定我们能清楚看到一个物体的程度:望远镜的镜子上能容纳多少波长的光。这就是为什么钱德拉X射线望远镜具有如此高的分辨率(尽管它是一个相对较小的望远镜)的原因:X射线光的波长是如此之小,因此很多光束都可以聚集在镜子上。这就是为什么无线电望远镜非常巨大,如阿雷西博天文台的无线电望远镜那样,因为无线电波的直径可能是几米,因此需要巨大的望远镜才能获得非常好的分辨率。

但是,有一种变通方法可以获取更好的分辨率,这意味着我们不需要构建像地球一样大(或更大)的望远镜来直接成像黑洞:我们可以使用由很长基线隔开的望远镜阵列。它们仅具有单个望远镜的聚光能力,这意味着该物体会显得非常微弱,但是它们可以获得的望远镜分辨率大约是阵列中最远的两个望远镜之间的距离!

这正是事件视界(EventHorizon)望远镜背后的想法,该公司计划在短(约1mm)无线电波长下使用非常长的基线干涉仪来进行此类测量!有两个提议:七个站和十三个站的阵列,每个提议都可以通过直接成像来回答“黑洞是否具有真实的事件视界”的问题!

图注:事件视界(EventHorizon)望远镜阵列站点。射手座A*是银河系中心的黑洞,是理想的目标,因为它有望从地球上看到最大的视界。有趣的是:M87中心有一个超大质量黑洞,M87是处女座星团中最大的星系,它是比事件视界望远镜的拟议分辨率大五倍的一个因子,这意味着我们可以以前所未有的细节观察其喷射,从而深入了解这些超音速喷射特征的形成和行为方式!

图注:M87是处女座的巨型椭圆星系,其核包含一个黑洞,这是第一次被直接成像。但是,如果您的问题只用眼睛想看黑洞的话,我有一个不好消息告诉您:您看不到。

人眼的分辨率微不足道,只有可伶的60弧秒,这意味着如果您要分辨宽19微弧秒的物体,您需要离它近三百万倍,在大约天文单位的距离。太阳是离我们最近的恒星,离我们第二近的恒星是比邻星(ProximaCentauri),距我们约4.24光年(,天文单位)!没错,太阳距离我们的距离比下一颗最近的恒星近倍,才能让我们用可怜的人眼完全看到它。

我的建议?坚持用望远镜。它不仅比巨大的星际之旅便宜得多(也不太危险),而且更值得,因为用这种望远镜比你的眼睛看得更多。

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