如果黑洞沒有吸積盤,我們如何觀測到它的存在?

黑洞 宇宙 阿爾伯特·愛因斯坦 地球 星辰大海路上的種花家 2019-04-14

黑洞到底長什麼樣子?

當然現在已經公佈了黑洞的照片,全世界的吃瓜群眾都知道了黑洞的模樣!從廣義相對論預言中的天體走向現實用了104年時間,如果愛因斯坦在天有靈想必他應該是非常欣慰!在黑洞照片發佈的日子裡,科學界和愛好科學的圍觀群眾猶如過節!但問題依然存在,黑洞到底是啥樣的,因為我們看到的只是視界外黑洞吸積盤的照片,下面我們來簡單解讀下!

如果黑洞沒有吸積盤,我們如何觀測到它的存在?

事件視界望遠鏡獲取的第一張M87*黑洞照片,當然大家已經看得不要不要了!我們先從現實中的黑洞來解釋下為什麼會形成這樣的“黑洞”!

一、其實我們看到的並不是真正的黑洞,而是黑洞的吸積盤!

從廣義相對論理論中的黑洞來看,表現黑洞的三個要素:質量、電荷與角動量,原本存在體積的質量是可以看到的,但黑洞的尺寸是一個點,電荷與角動量都無法直接看到,簡單的說這些要素都看不到,而且它吞噬任何物質,包括光線!因此我們並不能直接看到黑洞,時間視界望遠鏡定義非常準確,它是來對事件視界以外成像的,以內當然外部有了,內部的輪廓自然就是黑洞了?

如果黑洞沒有吸積盤,我們如何觀測到它的存在?

其實不然,這個灰色的圈圈直徑是真正黑洞的2.5倍,因此此次拍攝到的黑洞視界遠小於這個陰影!當然就不展開計算了,如果各位有興趣,筆者的另一篇文章中有詳細計算過程,各位可以前往圍觀!

如果黑洞沒有吸積盤,我們如何觀測到它的存在?

還有一個問題,黑洞為什麼會一側明亮,另一側暗淡,有朋友認為是厚吸積盤所致,但其實並不是這樣,上圖已經說的比較清楚了,吸積盤轉動的多普勒效應是造成這種現象的最主要因素:當光線隨著轉動朝著觀測者前進和背離觀測者方向是不一樣的!

二、如果黑洞沒有吸積盤,那麼我們又能如何觀測到它的存在?

只要黑洞存在吸積盤都很好辦,即使它不發光,還有各種電磁輻射,甚至有可見光到高能X光,甚至是伽馬射線,我們探測這些黑洞的手段多了,從射電望遠鏡到光學望遠鏡,還有硬X射線望遠鏡等等,但如果一個黑洞不吞噬物質,那又如何來發現呢?

如果黑洞沒有吸積盤,我們如何觀測到它的存在?

當然這並沒有難倒科學家,廣義相對論中早就預言光線會被大質量的天體所彎曲,而在1919年的日食觀測中證實了這一點,從此愛因斯坦被驚為天人!當然這就是著名的“引力透鏡”真正來源,後面還因“引力透鏡”延伸出了“愛因斯坦環”!

如果黑洞沒有吸積盤,我們如何觀測到它的存在?

上圖就是最經典的愛因斯坦環,遙遠星系的光線受到引力透鏡效應的影響而呈現一個環狀!那麼假如背景星系和觀測者之間存在一個黑洞會怎麼樣呢?

如果黑洞沒有吸積盤,我們如何觀測到它的存在?

上圖警示一個黑洞在以銀河系為背景的觀測值前景中經過,可以很清楚黑洞扭曲光線是極其誇張的,就像在劣質玻璃上的不均勻顆粒!這也是我們發現黑洞另一個技術理論依據,當然觀測到的黑洞引力透鏡效應並沒有那麼誇張,因為即使最近的天鵝座V616黑洞,距離地球也達到了2800光年!

如果黑洞沒有吸積盤,我們如何觀測到它的存在?

如果沒有背景星系,如果沒有不吞噬物質、沒有吸積盤,黑洞就像上圖這樣,一片漆黑,和宇宙背景融為一體,這就是黑洞該有的模樣!

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