揭秘吸星大法_风闻

原创：牧夫天文

       天文小编给你讲吸星大法，教科书不是武学秘籍，而是Nature论文；主人公不是任我行，而是神秘的黑洞…

类比是人类接触新事物时的一种重要思维方式。然而类比也会使人们对新事物的理解造成曲解（先入为主）。

说到黑洞，直观想到的就是下图的样子。

然而黑洞并不是几何形状上塌陷的“洞”，不是虚空，而是实实在在的致密天体，但却对人类的探测手段隐形。

由于逃逸速度超过光速，人类无法探测到来自黑洞的电磁辐射，给人形成的无底深渊的印象；然而随着技术的进步，对黑洞的研究已经取得的长足的进步，并得到了下图的模型。

Credit: ESO, ESA/Hubble, M. Kornmesser/N. Bartmann

上图对黑洞模型给出了详细的说明，在此就不再赘述，后文我们一起来了解些更有趣的知识。

黑洞的分类

Credit: Wikipedia

超大质量黑洞： 存在于星系中心，质量巨大。迄今所知最大的黑洞位于星系S5 0014+81的中心，质量约为太阳的400亿倍。

中介质量黑洞：是质量超过恒星黑洞，但远小于超大质量黑洞的一种黑洞。

恒星黑洞：大质量恒星（约20倍太阳质量）引力坍塌后所形成的黑洞，可以借由伽马射线暴或超新星来发现它的踪迹。已知最小质量的黑洞大约有3.8倍太阳质量。

微型黑洞：又称作量子黑洞或者迷你黑洞。取名量子力学黑洞的原因是在这个尺度之下，量子力学的效应扮演非常重要的角色。微型黑洞的产生有可能是在大型强子对撞机内就可以观测到的重要现象。

黑洞的形成

宇宙的演化，很大程度上就是引力的游戏。而说到黑洞，它的方方面面都有引力的影子。

恒星黑洞的前身是大质量恒星。宇宙中无时无刻不在进行着下图中的循环，并创造了宇宙中丰富的元素。

Credit: @jackmrhughes 

星云在引力作用下逐渐向内坍缩，引力势能转化成热动能；原料充足的情况下，能量逐渐累积点燃氢聚变；主序星核聚变持续亿万年（质量越大寿命越短，质量增大2倍，寿命减为1/750），失去了热核反应抵抗引力的冷恒星，再次踏上坍缩之路；不同质量的恒星会有不同的宿命。

主序星聚变压力与引力平衡

Credit: colorado.edu

对于质量大于太阳质量3.2倍的坍缩核，由于没有能够对抗引力的斥力，核心坍塌将无限进行下去，从而形成“黑洞”。

而对于超大质量黑洞，其成因推测有二：1，由恒星黑洞逐渐吸积合并而成；2，当星云质量足够大时，直接跨越主序星阶段形成黑洞。超大质量黑洞通常存在于星系核心，或许是恒星系形成的重要动力。

如何观测黑洞

黑洞事件视界内，逃逸速度超过光速，导致任何已知的电磁辐射都有去无回，因此人类无法直接观测黑洞。但是天文学家们还是有很多曲线救国的方法。

吸积盘

黑洞的吸积盘由极高温度的等离子体构成。高温必然会形成辐射，而吸积盘又位于视界之外，其辐射就能被探测到。

根据计算分析，若中心天体为年轻的恒星或者原恒星，那么吸积盘辐射多半处于红外区，而中子星及黑洞产生的吸积盘的辐射多半处于光谱的X-射线频段。

引力透镜

黑洞通常质量巨大，在其引力场作用下，引力透镜效应非常明显。通过观测计算可以得知黑洞所处的位置、质量等信息。

引力透镜效果示意图

上面动图是两个黑洞合并的模拟动画。可以看到在巨大引力的作用下黑洞周边天体的密度、亮度等发生了巨大变化。

潮汐撕裂事件(TDE)

接近黑洞的天体，并不会被黑洞一口吞掉，而是在巨大潮汐力的作用下被撕裂（部分足够小的天体也有被直接吞掉的可能）。

虽然一颗恒星完全崩解看似无比壮观，但这只是烟火秀的开始。恒星被撕裂后，残骸逐渐从运行轨道上散落。由基础轨道力学可知，残骸中大约一半物质呈长条状抛出黑洞周遭区域，另一半则向黑洞绕行成为吸积盘──物质逐渐注入黑洞的漩涡构造。当吸积盘物质坠入时，受重力与摩擦力推挤而加速至接近光速，并且加热至大约25万℃。典型的TDE会持续数星期到数个月，短暂照亮蛰伏隐形的黑洞，让星系中每颗恒星都相形失色。 

潮汐力撕裂相邻天体的效果图

Credit: ESO/L. Calçada/M.Kornmesser

超级大杀器──事件视界望远镜

上文提到过，黑洞吸积盘的辐射主要在X-射线频段；因此，天文学家们为了给黑洞拍照，建造了地球尺寸的虚拟射电望远镜—事件视界望远镜（EHT，Event Horizon Telescope）。

参与EHT的天文台及其所在位置。

Credit: ESO/O. Furtak

电脑模拟的EHT可能拍到的黑洞之影。

Credit: D. Psaltis and A. Broderick.

关于黑洞这个神秘的天体，还有太多的未解之谜。小伙伴们共同期待天文学家们给我们带来更多研究成果吧！

『天文时刻』 牧夫出品

微信号：astronomycn

被潮汐力撕碎的恒星

Credit: 原视频来自wikipedia，容量受限，小编只截取了一段