“黑洞是一个天体,其体积如此之大,以至于光无法在时空曲率中从它的视界中逃逸出来。”——广义相对论
今天我们要讨论黑洞。我想知道你是否想过黑洞是什么样的或者它看起来是什么样的。关于黑洞的出现,我们在网上看到更多的二维图像,如下图所示!但是如果我们从前面、后面和侧面看黑洞,从所有角度看都是一样的吗?
从提出黑洞到发现并证实
黑洞是宇宙中一个奇怪的天体,人们首先根据引力的作用方式,即天体的逃逸速度提出了它们早在1784年(这个时期的中国是甘龙49年),英国的约翰·米歇尔就意识到,如果一个物体足够小,质量足够高,它的逃逸速度(从表面逃逸并进入轨道所需的速度)将超过光速。正如我们现在所知,在真空中,没有任何物体的移动速度能超过光速,这意味着这样的物体将会成为吞噬一切的“陷阱”。只要一个物体,包括光,足够靠近这样一个天体,它就会永远被吞噬。
由于人们提出这些物体在理论上可能存在,我们也发现了宇宙中只有黑洞存在才能解释的现象。
星系中心的超大质量黑洞就是一个很好的例子通过观察银河系中心这些大质量恒星的运动,我们发现它们都围绕着经过的质心运动,而这个中心天体不发光。唯一符合条件的是黑洞。因此,黑洞是完全受重力控制的空间区域重力对所有方向都有相同的影响,这意味着黑洞将所有方向的一切都拉向一个共同的中心点。我们可以通过观察太阳获得一些灵感。太阳基本上是一团气体,它被万有引力不可抗拒地压缩成一个近乎完美的球体。因此,黑洞也应该是球体,甚至是宇宙中最完美的球形物体之一其次是中子星,它们的密度略低于黑洞。虽然光会被中子星严重扭曲,但它仍能逃脱中子星的引力场。孤立的黑洞是什么样的?
黑洞是一个球体,原则上没有所谓的上、下或边如果一个黑洞在宇宙中是完全孤立的(也就是说,黑洞周围没有物质或天体,也不会发生吸积和吸积盘以及物质喷射),无论我们看向哪个方向,我们看到的黑洞就像一个被光圆包围的暗圆,而这个光圆就是来自黑洞后面发光天体的光。
当然,一旦背景光进入黑洞,它就无法逃脱,但是周围的光将在视觉界面上沿着黑洞周围的弯曲路径行进,就像上面和下面图像中看到的透镜现象一样。在这种情况下(如果黑洞是孤立的),我们能看到的唯一变化就是背景光的变化。黑洞后面的发光物体越多,光晕就越亮。如果我们碰巧看到的黑洞背后没有任何东西,那么光环会变得更暗或者消失。什么是伴星为
的黑洞?
宇宙中的黑洞很少是完全孤立的如果它们在死亡前是双星系统的一部分,并且其中一颗恒星的质量比另一颗大,那么在另一颗恒星燃烧其燃料之前,较大的恒星会坍缩形成黑洞。双星系统中的黑洞会不断掠夺另一颗恒星表面的气体,将气体拉向自身。此外,黑洞本身是旋转的,因为形成黑洞的恒星必须是旋转的。根据角动量守恒,当恒星坍缩成黑洞后,由于体积积累的减少,黑洞会旋转得更快。然后,当另一颗恒星的气体被黑洞吸收后,它将在黑洞的可视界面形成一个高速旋转的物质盘,称为吸积盘。现在,由于吸积盘的存在,我们有了观察黑洞的方向在上图中,如果我们从上面往下看,我们会看到一个黑洞,黑洞周围有一个发光的气体圆盘。或者它很有可能直接从黑洞中心看到一股过热物质的喷射流,我们称之为物质喷射流。
黑洞周围的发光吸积盘黑洞的一部分被吸积盘挡住了。双黑洞看起来像什么?
在另外两种情况下,我们将在黑洞周围看到一些奇怪的现象,这将使黑洞看起来非常奇怪。首先,当两个黑洞相互包围时,光在这两个极端现象周围扭曲的方式是非常不可思议的。如果这两个黑洞此时与我们的视线完全一致,那么我们将看到前黑洞旁边的后黑洞的“投影”,我们称之为“黑洞眉毛”上图
显示,如果两个黑洞相邻,光将沿着上图中的线弯曲。右边(和后面)的黑洞出现在另一个有半月形“眉毛”的黑洞旁边
如果两个黑洞的轨道足够近,我们不仅可以得到上图中的视觉效果,而且最终这两个黑洞会在环绕的过程中逐渐失去轨道能量并融合在一起。在融合的瞬间,黑洞变成了一个单一的物体。但是新形成的黑洞起初并不是一个圆形区域。
当两个黑洞合并成一个物体时,尽管它们彼此相连,但黑洞不再保持球形随着时间的推移,新形成的质量较大的黑洞
将逐渐成为一个完美的球体,但它必须经历一个相当长的过程,即所谓的衰荡过程,才能衰变回一个完美的球形物体。事实上,这和敲大钟是一样的。当大钟敲响后,它仍然会振动很长一段时间,声音会从高到低慢慢减弱。黑洞的合并也是如此。在两个黑洞碰撞后,它们将继续长时间振荡,并以引力波的形式逐渐向空间辐射能量,直到它们在开始时回到稳定的球形状态,这也是最低的能量状态。请看下图:
摘要
总而言之,如果我们发现一个孤立的黑洞漂浮在宇宙的黑暗空间中,它看起来像一个完美的黑洞,可能被一圈背景光所包围如果我们在黑洞附近找到一颗伴星,黑洞会被一个热气盘部分覆盖,我们也会看到从黑洞中心喷出的一股物质。如果我们发现两个相互环绕的黑洞,我们将在上面的图片中看到“黑洞眉毛”和振荡空间。这就是我们对黑洞的了解!