本文来自微信公众号:SF 中文 (ID:kexuejiaodian),作者:SF
我们知道在黑洞的吸引下,即使是光也无法逃脱。银河系中心就有一个超大质量黑洞,但其实我们并不会受到太大影响,只要我们保持安全距离就好了。
文 | 凯蒂・麦克(Katie Mack)
译 | 麦李
编 | 陈强
原文刊载于《科学焦点》2023 年第 12 期
2022 年 5 月,利用事件视界望远镜(EHT),天文学家拍摄了位于银河系中心的人马座 A * 黑洞的第一张照片。人马座 A * 黑洞属于超大质量黑洞,质量是太阳的 400 万倍。
EHT 是一个全球合作项目,致力于捕捉超大质量黑洞的身影。它可以将世界各地的天文台联系起来,并将许多观测到的数据整合成一张超高分辨率的图像。
根据人马座 A * 黑洞的照片,我们可以看到黑洞中心有一大片阴影。这个阴影的存在并不是因为光线被阻挡了,而是因为一旦进入事件视界的范围,就连光线也无法逃离黑洞,也就是说,我们是看不见黑洞内部的。
在引力作用下,经过黑洞附近的光线,传播路径也会被扭曲,因此看上去,就像是明亮的光圈中间有一个黑色的洞。也就是说,黑洞的阴影看起来是黑的,不是因为光线被挡住了,而是因为光线被吞噬了。
事件视界望远镜拍摄到的人马座 A * 黑洞(图片来源:EHT Collaboration)黑洞能吞噬包括光在内的一切物质
事件视界其实是黑洞的边界。事件视界意味着“不归点”,任何越过这条边界的东西都无法逃离黑洞。
在事件视界处,逃逸速度(即逃离黑洞引力所需的速度)等于光速。而爱因斯坦的狭义相对论将光速设定为一个硬性限制――宇宙中任何物体的速度都不会超过光速。因此,没有任何东西可以逃离黑洞。
人马座 A * 黑洞的图像进一步向我们证实了,宇宙中不仅存在超大质量黑洞,而且超大质量黑洞也符合相对论理论。
当然,人马座 A * 黑洞不仅仅会吞噬光线。像所有的超大质量黑洞一样,它会吸引任何徘徊在事件视界附近的气体、尘埃和炽热的等离子体。每隔一段时期,就会发生让天文学家非常兴奋的事――超大质量黑洞会吞噬整个恒星系统。当恒星被潮汐力(物体上各部分到引力源的距离不同,受到的引力大小也不同,从而产生引力差,这种引力差就是潮汐力)撕裂时,会发射出强烈的 X 射线。
到目前为止,我们只观察到人马座 A * 黑洞吞噬了几团气体云,但我们知道它并不“挑食”。
那么,我们应该担心吗?在我们银河系中心有一个贪得无厌的庞然大物,质量是太阳的 400 万倍,它会让天文学家夜不能寐吗?
只要保持一定的距离,黑洞就不会威胁到我们
其实不会。尽管我们都知道黑洞连光线都不放过,但是,不管多大的黑洞,都伤害不了远未接近它的人。这要归功于引力在不同距离上的微妙作用。
根据爱因斯坦的广义相对论,我们之所以会被引力牵引,是因为一个大质量天体会让周围的空间发生弯曲,改变物质和光在大质量天体周围空间中的运动方式。
所有的物质和能量都会在某种程度上使空间弯曲,因为引力是一种无处不在的力量。你现在所在的空间也会受到宇宙中其他一切事物的引力影响,尽管有些引力的影响极其微弱。
黑洞的特殊之处在于,核心部分的奇点具有无穷大的空间曲率。因此,在事件视界内,想要离开黑洞是不可能的。换句话说,任何企图离开黑洞奇点的路线,最终都会回到奇点。
即使不靠近事件视界,就在它附近的区域,潮汐力也能摧毁许多东西。但是,如果你远离了这些有危险的区域,黑洞空间曲率对你的影响,就跟其他任何普通恒星或大团物质一样了。
如果太阳现在坍缩成黑洞,地球还会继续绕轨道运行,完全不受影响。此时,太阳的温度、亮度都会下降许多,但我们离得足够远,我们甚至都测量不出来太阳的引力变化。
当谈到位于银河系中心的超大质量黑洞人马座 A * 时,它的引力不仅对我们太阳系没有威胁性,也不会对太阳系围绕银河系中心的运行轨道有太大影响。
在银河系中心,恒星、气体和尘埃的总质量比人马座 A * 黑洞重了几个数量级,这还不包括充满整个空间的幽灵般的暗物质。但是,太阳系的运行轨道,以及银河系内其他所有恒星的运行轨道,都是安全的。
至少现在是这样。
大约 40 亿年后,银河系将与仙女座星系相撞,恒星和行星会因引力的扰动而被抛掷到宇宙各处,就像一场璀璨的烟花表演。这可能导致两个星系中心的超大质量黑洞旋转着合并在一起。
现在,我们还无法预测,在那个时候太阳系会发生什么。但是,希望在宇宙的某个遥远的地方,有人会准备好他们的相机,捕捉到这令人惊叹的景象。
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