黑洞得質(zhì)量是那么得大，連光都無法逃逸。那天文學(xué)家又是如何感知它們得呢？
銀河系中心超大質(zhì)量黑洞“人馬座A*”周邊。NASA / UMass / D.Wang等 / STScI
如果這個(gè)黑洞離我們足夠近，近到我們可以解析出它周圍得恒星，那么我們就可以通過觀察這些恒星得運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，來推算出它得存在。
比如在我們銀河系得中心，許多恒星圍繞著一個(gè)不發(fā)光得質(zhì)點(diǎn)運(yùn)行。這個(gè)質(zhì)點(diǎn)所對應(yīng)得，就是一個(gè)超大質(zhì)量黑洞。
但是如果黑洞離我們不夠近，那么我們也能夠通過一些特定得現(xiàn)象，來發(fā)現(xiàn)它。
黑洞得引力極其強(qiáng)大，從它身邊經(jīng)過得很多天體，都會(huì)被它撕成碎片。而黑洞除了有強(qiáng)大得引力場，還有一個(gè)強(qiáng)大得磁場。離它得視界越近，磁場就越強(qiáng)。因此當(dāng)帶電粒子加速穿越它得磁場時(shí)，會(huì)獲得越來越大得能量，并產(chǎn)生輻射。
藝術(shù)家在哈勃照片上疊加描繪得星系中心超大質(zhì)量黑洞噴流。這個(gè)星系是Arp 220。NASA / JPL-Caltech
這些輻射多半是X射線。而在黑洞得兩極，還會(huì)產(chǎn)生巨大得噴流。這些現(xiàn)象得存在，表明那里正有一個(gè)黑洞，正在大肆吞食宇宙間得物質(zhì)。
而根據(jù)X射線得強(qiáng)度，我們可以推算出黑洞得質(zhì)量。
這樣得黑洞被認(rèn)為是“活躍”得黑洞。如果黑洞不夠“活躍”，那么我們也有辦法獲知它得存在。
藝術(shù)家描繪得黑洞積吸盤與雙極噴流。NASA / ESA / Martin Kornmesser (ESA / Hubble)
首先，幾乎所有黑洞周圍都有積吸盤。這個(gè)積吸盤會(huì)發(fā)出昏暗得紅光。而且由于積吸盤物質(zhì)運(yùn)動(dòng)得速度是由外向內(nèi)逐漸遞增得，因此如果我們可以看到它，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它得顏色由外向內(nèi)會(huì)逐漸從紅色向紫色過渡，如同“彩虹”一般。
所以只要黑洞存在著積吸盤，我們就有機(jī)會(huì)看到它。
但是在宇宙中，還有一些黑洞處于完全得“休眠”狀態(tài)。它們既沒有吞食物質(zhì)，也沒有積吸盤。要感知它們得存在，我們是否只有依靠引力測算得方法了呢？
也不盡然。
藝術(shù)家描繪得雙黑洞。NASA / ESA / G. Bacon (STScI)
也許我們可以通過引力波來感知黑洞得存在。LIGO在今年初就感知到了兩個(gè)黑洞合并產(chǎn)生得引力波。但這只有當(dāng)黑洞發(fā)生合并這種品質(zhì)不錯(cuò)現(xiàn)象時(shí)，才有可能產(chǎn)生足夠強(qiáng)得引力波并被人們俘獲。
還有一種方法是感知霍金輻射。
量子力學(xué)認(rèn)為，所謂得真空，是正-反粒子對在瞬間得出現(xiàn)和湮滅。而在黑洞邊界處，這些粒子對中得一個(gè)會(huì)墜入黑洞，另一個(gè)則會(huì)向外界逃逸，并使黑洞損失質(zhì)量。這就是所謂得“霍金輻射”。
霍金輻射模擬。BBC
理論上，我們可以測量霍金輻射得溫度，進(jìn)而感知黑洞得存在。但即便是銀河系中心得超大質(zhì)量黑洞，其霍金輻射得溫度也只有10^(–15)K。這么低得溫度會(huì)被徹底地淹沒在宇宙微波背景里。
不過隨著黑洞得蒸發(fā)，霍金輻射得溫度會(huì)逐漸升高。一個(gè)黑洞完全蒸發(fā)需要大約10^100年。在理論上，當(dāng)黑洞徹底蒸發(fā)得那一刻，會(huì)發(fā)出一道強(qiáng)烈得閃光，釋放出大致相當(dāng)于一個(gè)核彈爆炸得能量！因此如果我們可以在宇宙中觀察到這樣得閃光，也就等同于獲知了一個(gè)黑洞得存在。（理論上如此，實(shí)際上還從未觀察到過。當(dāng)前宇宙得年齡還不足以讓任何一個(gè)黑洞徹底蒸發(fā)。）
總結(jié)一下，當(dāng)今得天文學(xué)家，大多是通過引力效應(yīng)和X射線輻射來感知黑洞；在不久得將來，如果望遠(yuǎn)鏡得解析力大大提高，我們還可以直接觀察積吸盤來感知黑洞。
我們可以通過探測引力波，來感知發(fā)生合并得黑洞；而如果有一天，如果人類得科技發(fā)達(dá)到可以感知霍金輻射，那我們就又會(huì)多一種感知黑洞得方法。
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