发现黑洞有什么意义

发现黑洞有什么意义

发现黑洞可以间接推论宇宙是何时产生,以及如何产生的,由此也能了解宇宙之后地球是如何产生的。有了地球,才有了生物和人类。而且,同样具有现实意义的是,了解黑洞也可以知道,宇宙是否因为大爆炸而产生,星系演化是否受到星系中的壮观喷流的影响。

黑洞无毛,除了它的质量、电荷和旋转,人们无法从外面说出黑洞内部是什么。这意味着,黑洞必须包含大量对外面世界隐藏的信息。但是能塞到一个空间区域的信息量有个极限。信息需要能量,而根据爱因斯坦著名的方程 E=mc2,能量具有质量。所以,如果在一个空间区域存在太多信息,它将坍缩变成黑洞,而黑洞的大小会反映信息量的多少。

1974年初,根据量子力学来研究黑洞附近物质的行为。令人十分惊讶的是,发现黑洞似乎以恒定的速度发射粒子,一个什么都东西都无法逃脱的黑洞,竟然在发射粒子?

霍金计算预测,黑洞会产生并发射粒子和辐射,就好像它是一个普通的热体一样,其温度与表面引力成正比,与质量成反比。这使得雅各布·贝肯斯坦提出的那个有问题的建议,即黑洞拥有有限的熵,完全自洽,因为它暗示黑洞可以在某个非零的有限温度下处于热平衡状态。

黑洞本身不会发射光,可是这个吸积盘却能够发出非常明亮的光。所以,我们才能够通过吸积盘发现黑洞的存在,只不过此类黑洞的质量都非常巨大,只有超大质量的黑洞才能够形成非常明显的吸积盘,从而被我们观测到。比如银河系中心的超大质量黑洞,距地球5500万光年,人类首张黑洞照片的那个黑洞。

可是宇宙中的超大质量黑洞数量是相对较小的,所以,我们能够观测发现的黑洞也非常少。而黑洞可不仅仅只有超大质量黑洞,更多的还是那些中等质量甚至是低等质量的中小型黑洞,它们才是黑洞家族中的主流。科学家猜测,银河系中可能就存在至少数百万个黑洞,这些黑洞都是中小质量的黑洞。

可是由于中小质量的黑洞,没有明显的吸积盘或者根本就没有吸积盘,所以,我们很难发现此类黑洞的存在。想要发现中小质量的黑洞,我们就需要更强大的观测设备。而观测宇宙中的X射线是科学家寻找黑洞的主要方式,因为黑洞吸积盘会发出明亮的,易于被发现的X射线。

即使是中等质量的黑洞,只要有吸积盘的存在,同样也可以发出微弱的X射线,通过探索这样的微弱X射线,或许我们就可以发现一些隐藏式的中小黑洞。科学家们研究了双星系统由巨星2质量J05215658 + 4359220和一个伴侣,,通过一个独特的方法,他们发现这可能是一个低质量的黑洞。

科学家将多普勒效应的恒星数据与“超新星全天空自动观测”(ASAS-SN)项目的数据结合起来。通过这些数据,科学家们可以看到恒星随时间变化的亮度,如果某个恒星系统中有小质量黑洞的存在,那么在黑洞的影响下,恒星的光亮就有可能呈现一些非常有规律的明亮变化。

从经典意义上讲,黑洞是时空的一个区域,其引力是如此强大,以至于没有物体,甚至包括光量子都无法逃开它。黑洞的边界被称为事件视界,其大小被称为引力半径。关于它们的形成,仍然有几种假设,其中最常见的是一颗大质量恒星的引力坍塌。

实际上,这一实质性的发现是利用了一种完全巧妙的数学方法,它不仅有助于再次检验了广义相对论的正确性,而且还为寻找致密的超大质量天体提供了工具。

目前,担任牛津大学数学系主任的英国科学家罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)通过数学发现,黑洞的形成是广义相对论的自然结果。

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