太阳系的中心是太阳,那么银河系的中心是什么?( 五 )


而且费米气泡的光滑圆润意味着,这些能量是在短时间内形成的,可能也就600万~900万年前 。
所以说费米气泡可能是银心黑洞最近一次“狼吞虎咽”后打的饱嗝,而在这之后,银心黑洞一直存在“节食”的状态中 。
在银心黑洞周围飞驰的恒星所受到的引力是巨大的,至少是我们曾验证广义相对论所涉及引力的100倍 。正如水星进动问题让我们发现了牛顿万有引力理论的缺陷一样,在银心黑洞周围超强引力下运动的恒星也可能揭示广义相对论的一些漏洞 。如果一旦发现,这些修正都可能是引领我们发现“万物至理”的一个契机 。
上面是银心附近恒星的运动路径,图片来源:Keck/UCLAGalacticCenterGroup
比如,广义相对论曾预言黑洞应该有一个圆形的暗影 。如果它和预料的不同,则可能引发又一轮的理论变革 。不过今年4月份公布的世界第一张黑洞照片,M87星系中心超大质量黑洞(M87*)的图像,实际上已经从强引力场中再次验证了广义相对论 。所以至今为止,广义相对论还没出错 。
上世纪90年代,荷兰拉德堡德大学射电天文学家HeinoFalcke等人首次基于广义相对论下的光线追踪程序,模拟出了银心黑洞看起来的样子 。
根据模拟结果,如果黑洞后面有一个类似于吸积盘的平面光源(planar-emittingsource),平面光源发出的光会受到黑洞强引力场的影响,在天空背景上形成一个名为黑洞“视边界”(apparentboundary)的圆环 。
在视边界圆环以内且在视界面以外的光子,虽然能逃离黑洞,但受到黑洞引力作用,亮度会很暗 。而在视边界圆环以外的光子,由于能绕着黑洞运动多圈,就能积累更多亮度 。这样在视觉上,我们就会看到一个圆形的阴影,外面包围着一个明亮的光环 。故此得名黑洞的“暗影”(blackholeshadow) 。
图片版权:D.PsaltisandA.Broderick
由于旋转效应,黑洞左侧会显得更亮 。这个视边界半径与事件视界半径的关系大概是1:2.6 。自旋速度的不同会使这个比值有所变化,但不大,它主要还是与黑洞质量有关 。
以银心黑洞质量为430多万倍太阳质量来说,对应的史瓦西R是1300多万公里,视边界R约3300多万公里,综合它到地球的距离26000光年,“视边界”看起来的角尺寸约为0.00005角秒=50微角秒,相当于从地球上看月球上一个橘子大小的东西 。
要把这么小的东西拍清楚,可真不容易 。于是,科学家想出联合位于世界6个地点的8个台站,打造出了地球直径那么大口径的事件视界望远镜(EventHorizonTelescope,EHT) 。
世界一张黑洞照片就是它的功劳,只是位于南极的SPT望远镜无法观测到M87* 。所以参与观测M87*的望远镜实际上是7台 。
现在普遍共识,银心是一个巨大的黑洞 。而研究像银心这样的星系中心黑洞主要有三个用处 。
第一,验证广义相对论 。
广义相对论预言了黑洞“暗影”的存在、尺寸和形状 。如果观测结果与预言相符,那就验证了广义相对论;如果有所不一样,则说明有一些新的方面需要改进 。
第二,了解黑洞是如何吃东西的 。
黑洞的“暗影”非常靠近黑洞吞噬物质形成的吸积盘的内侧区域,这里的信息非常重要 。综合之前我关于吸积盘的外侧信息,就能更好地推导出黑洞吃东西的物理过程 。
第三,理解喷流的产生和方向 。
某些朝向黑洞下落的物质在被吞噬之前,会由于磁场的作用,沿着黑洞的转动方向被喷出去 。靠近喷流产生的源头处到底发生了什么?对黑洞暗影的拍摄,有助于科学家进一步回答这一问题 。
太阳是太阳系的中心,相信大家都再熟悉不过了 。不过说到银河系的中心是什么,估计很多人并不知晓 。事实上,这个问题的答案知道上世纪90年代才最终揭晓 。随着人类科技水平不断提高,望远镜的观测范围和清晰度也越来越高,能够清晰看到更遥远的星体 。在上世纪90年代,天文学家们一直观测银河系中心附近天体的运动规律,通过长时间的观察和分析,科学家们发现,银河系中心附近的恒星运动速度特别快,甚至达到每秒数千公里,而所有天体中,只有一种天体能让周围的恒星有如此快的运动速度,这种天体就是黑洞,而银河系中心是一颗超大质量黑洞 。通过计算,天文学家们得出银河系中心黑洞相当于400万个太阳的质量,它不断吞噬这周围的气体云,而如果有恒星靠得太近,它甚至会吞噬恒星 。


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