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[探索] 在黑洞的周围，如果没有动力源，能够在多近的位置上不被吞噬？

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中信凯旋城 发表于 2022-4-6 16:53:21 | 只看该作者 打印 上一主题 下一主题
 
连光都能吞噬的黑洞，能躲多远就躲多远。但是，如果真的能飞到黑洞旁边，你能距离一个黑洞有多近呢？如果没有动力源，在距离黑洞多近的位置上，才有可能维持稳定的公转而不坠入黑洞的深渊呢？

在黑洞的周围，如果没有动力源，能够在多近的位置上不被吞噬？ 第1张图片

我们知道，黑洞是宇宙中最恐怖的天体，能够吞噬包括光在内的一切靠近它的物质。质量越大的黑洞，引力范围就越大，也就能够吞噬更远的光。德国天体物理学家卡尔·史瓦西告诉我们，任何一个黑洞都有属于它的史瓦西半径，在史瓦西半径内的所有光都会被吞噬。史瓦西半径的边缘，就被称为事件视界。
对于普通的物质或者天体来说，黑洞的“死亡镰刀”就伸得更远了。它们的速度不会有光速那么快，所以要离黑洞更远一些，才能不被吞噬。即便如此，还是有很多天体走得太远，被黑洞“俘获”。在黑洞的引力下，它们被撕扯成碎片，旋转着向黑洞下落。

在黑洞的周围，如果没有动力源，能够在多近的位置上不被吞噬？ 第2张图片

（图片说明：物质向黑洞下落的示意图）

在下落的过程中，这些物质会形成盘状结构，围绕在黑洞周围，“排着队”等着被黑洞吞噬，这就是黑洞的吸积盘。吸积盘内的物质会相互摩擦，产生大量的能量，使其发出耀眼的光芒，这也是网络上大部分黑洞图片中我们看到的明亮部分。
宇宙中的黑洞分为三种，恒星级黑洞、中等质量黑洞和超大质量黑洞。其中超大质量黑洞最为恐怖，有的时候会疯狂地吞噬周围的天体。和其他的黑洞相比，超大质量黑洞的吸积盘也更加明亮，甚至超过一个星系的亮度。由于这些超大质量黑洞都位于星系的中心，所有这种异常明亮的超大质量黑洞又被称为活跃星系核。

在黑洞的周围，如果没有动力源，能够在多近的位置上不被吞噬？ 第3张图片

这种异常的亮度，说到底来自于这些物质的动能。随着动能降低，物质的速度也就降低了。原本能够稳定绕黑洞公转的，如今速度降低，这些物质也就不可避免地落入黑洞之中了。
在吸积盘的内部，还有一个临界区域。在这个区域内，即使是没有摩擦力，也不可能稳定地围绕黑洞旋转了。这个位置在吸积盘和黑洞的事件视界之间，一旦到了这里，除非有额外的动力源，否则就注定要被黑洞所吞噬了。
这个边界，被称为最内层稳定圆形轨道，简称为ISCO。这个概念，也是来自于爱因斯坦的广义相对论。

在黑洞的周围，如果没有动力源，能够在多近的位置上不被吞噬？ 第4张图片

说到广义相对论，就不得不感慨于爱因斯坦的伟大。他在一百多年前提出的这个理论，直到今天还没有完全被证实——不是不正确，而是人类还没有这样的技术。ISCO就是其中一个，直到今天，科学家们仍然无法完全证实这个理论。
科学家们认为，目前最好的办法，就是利用向黑洞下落的气体以及一种名为反响映射的手段，来验证这个理论。所谓的反响映射，就是利用黑洞周围不同区域拥有不同的发光方式，利用宽发射线对于连续谱的响应来测量宽发射线区半径的方法。
正如我们前面所说的，气体在随着吸积盘绕黑洞旋转时，会因为动能减少而脱离稳定轨道，坠入黑洞。在下落的过程中，它会途径位于吸积盘最内部的ISCO。在这个时候，这些气体的温度已经相当高了，会释放出非常强烈的高能X射线。

在黑洞的周围，如果没有动力源，能够在多近的位置上不被吞噬？ 第5张图片

这种X射线会向周围所有的方向照射出去，我们在地球上就可以观测到它。在这样的X射线光芒下，吸积盘的结构细节甚至都会消失。
X射线在射到吸积盘之外的区域时，会照亮这些区域的冷气体团块。这里的气体分子就会被X射线激发，它们就会发出荧光。同样的，我们也可以在地球上检测到这些荧光。这种荧光和来自于吸积盘内部的X射线是不同的，我们可以将二者区分开来。
研究表明，光线在从ISCO和吸积盘外部区域向外传播到这个冷气体团块是一个过程，这个过程中，如果我们找到合适的方法进行观测，就会发现ISCO周围的区域会首先出现荧光。随后，当光线传播到冷气体团块时，才会看到外层的反响映射出现。

在黑洞的周围，如果没有动力源，能够在多近的位置上不被吞噬？ 第6张图片

至于这个反响映射出现的时间等属性，就与黑洞的吸积盘有关了，后者则与黑洞的质量是相关的。去年的时候，有科学家们利用计算机模拟了ISCO内部气体的运动情况，比如气体是如何坠入黑洞的事件视界的，以及这个过程中如何影响周围和外部的X射线发射。
结果他们发现，对于我们来说，现有的观测设备都还不足以发现这样的X射线。想要验证ISCO的存在，我们还需要开发下一代更加强大的X射线望远镜。

在黑洞的周围，如果没有动力源，能够在多近的位置上不被吞噬？ 第7张图片

（图片说明：NASA的钱德拉X射线天文台，还不足以观测到ISCO）


这个宇宙中引力最极端的区域，蕴藏着广义相对论的秘密。爱因斯坦在一百多年前提出的理论，如今仍然有一些内容超出了人类的验证范围。想要完全验证广义相对论，科学家们还有一段相当长的路要走。


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烟舞荡 发表于 2022-4-6 16:53:38 | 只看该作者
 
反重力装置不受黑洞影响，同理反重力的天体也不会被黑洞吞噬！有人笑我，但想想：有正电子有负电子，有生物质有反物质，难道就不能有反重力的天体？
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lolo艾希哥 发表于 2022-4-6 16:54:26 | 只看该作者
 
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