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3个黑洞图像没有回答的大问题

在左边,钱德拉X射线望远镜拍摄的照片和视界望远镜拍摄的照片显示了一个相对的喷流穿过维嘉a星系。右边是来自视界望远镜的黑洞阴影图像。X射线:NASA/CXC/Villanova University/J.Neilsen;Radio:Event Horizon望远镜合作)

一个国际射电望远镜网络 ... 出了第一张黑洞阴影的特写图片,科学家们今天(4月10日)早上公布了这张图片。埃默里大学的天体物理学家和黑洞研究人员艾琳·邦宁说,这项合作被称为“视界望远镜”,证实了数十年来人们对光线在这些暗物体周围的行为的预测,并为黑洞天文学的新纪元奠定了基础。

“从零到惊人,令人惊叹。”

“也就是说,这正是我所期望的,”她告诉《生活科学》。

这个公告,被提前了一周半的时间调侃,既令人难以置信的兴奋,又几乎完全没有令人惊讶的细节或新的物理。物理学没有崩溃。没有发现黑洞的意外特征。这幅图像本身几乎与我们在科学和流行文化中经常看到的黑洞插图完美匹配。最大的区别是它更加模糊。[9关于黑洞的奇怪事实]

有几个与黑洞有关的重要问题尚未解决,然而,邦宁说,

黑洞是如何产生巨大的热、快物质喷流的

“所有超大质量黑洞都有能力咀嚼附近的物质,吸收大部分物质超过它们的视界,天体物理学家称之为“相对论喷流”,

和室女座A中心的黑洞(也被称为梅西埃87)因其令人印象深刻的喷流而臭名昭著,喷发出的物质和辐射遍布整个空间。它的相对论喷流是如此巨大,以至于它们可以完全逃离周围的星系。

1998年哈勃的一张图片显示了从处女座A逃出的相对论喷流(J.A.Biretta等人,哈勃遗产团队(STScI/AURA)),美国宇航局的

和物理学家们知道这种情况是如何发生的:当物质落入黑洞的重力井时,它会加速到极限速度,然后其中一些物质在保持惯性的同时逃逸。但科学家们对这种情况发生的细节意见不一。这张图片和相关的论文还没有提供任何细节。邦宁说:

要想弄清楚这一点,需要将覆盖相当小空间的视界望远镜观测结果与更大的相对论喷流图像联系起来。

而物理学家还没有答案,她说,很有可能它们很快就会出现,特别是一旦合作产生了第二个目标的图像:位于我们银河系中心的超大质量黑洞射手座a,它不会产生像处女座a那样的喷流,或许能提供一些清晰的信息。

广义相对论和量子力学是如何结合在一起的当物理学家聚在一起讨论一个非常令人兴奋的新发现时,你可能会听到有人建议它可能有助于解释“量子引力”。

这是因为量子引力在物理学中是一个巨大的未知数。大约一个世纪以来,物理学家们一直在使用两套不同的规则:广义相对论(广义相对论)和量子力学(量子力学),广义相对论涵盖了重力等非常大的东西,而量子力学则涵盖了非常小的东西。问题是,这两本规则书相互矛盾。量子力学无法解释引力,相对论也无法解释量子行为。

物理学家希望有一天能将两者结合在一个大统一理论中,很可能涉及某种量子引力。

在今天宣布之前有人猜测这可能包括在这个问题上的一些突破。(如果广义相对论的预测没有在这张图片中得到证实,那么这将使球向前移动。)在国家科学基金会的新闻简报中,加拿大滑铁卢大学的物理学家艾弗里·布罗德里克和该项目的合作者,暗示这些答案可能会出现。

,但邦宁对这一说法持怀疑态度。从广义相对论的角度来看,这张照片完全不令人惊讶,因此它没有提供任何新的物理学来缩小这两个领域之间的差距,邦宁说,

尽管如此,人们希望从这种观察中得到答案并不疯狂,她说,因为黑洞阴影的边缘将相对论力带入微小的量子尺寸空间。

“我们期望看到量子引力非常非常接近事件视界,或者非常非常早地在早期宇宙中[当所有东西都被塞进一个小空间时],她说:

,但在视界望远镜的分辨率仍然很模糊的情况下,她说,即使有计划的升级,我们也不太可能找到这些效果。

史蒂芬霍金的理论是否和爱因斯坦的一样正确物理学家史蒂芬·霍金对物理学最伟大的早期贡献是“霍金辐射”的概念,即黑洞实际上不是黑色的,但随着时间的推移会释放出少量的辐射。这个结果非常重要,因为它表明一旦黑洞停止增长,它将开始从能量损失中缓慢收缩。

但是视界望远镜并没有证实或否认这个理论,邦宁说,并不是所有人都认为它会这样。

巨大的黑洞就像处女座a的一样,她说,与它们的整体尺寸相比,它只释放出极少的霍金辐射。虽然我们最先进的仪器现在可以探测到它们活动视界的明亮光线,但它们很难分辨出超大质量黑洞表面的超微弱光芒。

她说,这些结果很可能来自最小的黑洞——理论上的,短命物体如此之小,以至于你可以把它们的整个视界都围在你的手里。有了近距离观察的机会,与它们的整体尺寸相比,还有更多的可用辐射,人类最终可能会发现如何产生或发现一种辐射,并检测其辐射。

那么,我们从这张图片中学到了什么呢首先,物理学家们再次认识到爱因斯坦是对的。据视界望远镜所见,阴影的边缘是一个完美的圆,正如20世纪研究爱因斯坦广义相对论方程的物理学家所预言的那样。

“我认为当另一个广义相对论的测试通过时,任何人都不应该感到惊讶,”邦宁说如果他们走上讲台,说广义相对论已经破裂,我就会从椅子上摔下来。

结果更直接、更实际,她说,这张图片使科学家能够精确测量这个超大质量黑洞的质量,它位于5500万光年之外的处女座星系的中心。它比我们的太阳大65亿倍。“KDSPE”“KdSPS”这是一个大问题,Bonning说,因为它可以改变物理学家在其他更遥远或更小的星系的心上衡量超大质量黑洞的方式。“KdSPE”“KdSPS”现在,物理学家对超大质量黑洞的质量进行了相当精确的测量。Bonning说,银河系的心脏,因为他们可以观察到它的重力是如何在其附近移动单个恒星的。“KdSPE”“KdSPs”“KdSPE”“KdSPs”,但是在其他星系中,我们的望远镜看不到恒星的运动,她说。因此物理学家们一直在进行更粗略的测量:黑洞的质量如何影响来自银河系不同恒星层的光,或者黑洞的质量如何影响来自不同自由漂浮层的光星系中的气体。

但是这些计算是不完美的,她说。

“你必须建立一个非常复杂的系统,”她说。

和这两种 ... 最终在每个星系物理学家观察到的结果中都会产生一些不同的结果。但至少对于室女座A的黑洞,我们现在知道有一种 ... 是正确的。

“我们对65亿太阳质量的测定,最终落在了[来自恒星的光]的更重质量测定之上,”阿姆斯特丹大学天体物理学家、该项目合作者塞拉马科夫说在新闻简报中,邦宁说:

并不意味着物理学家们会大规模地使用这种 ... 来测量黑洞质量。但它确实为改进未来的计算提供了一个重要的数据点。

物理学中最大的未解之谜宇宙中最奇怪的12个物体史蒂芬霍金关于黑洞的最远的想法

最初发表在《生命科学》上。

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