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科学满怀期待，第一张黑洞视界照片！( 二 )


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两颗正在合并中子星的想象图 。 图中的时空涟漪代表碰撞释放出的引力波 ， 而这些狭窄的光束代表引力波释放几秒后伽马射线喷流（也就是天文学家探测到的伽马射线暴） 。 2017年观测到中子星合并的结果就是黑洞形成 。 图源：美国国家科学基金会/ LIGO / 索诺马州立大学/ A. SIMONNET
宇宙中已经形成的恒星中 ， 有0.1%多一点最终会以这种形式变成黑洞 。 其中一些黑洞的质量只有太阳的几倍;其他的可以是它的数百倍甚至数千倍
但质量更大的恒星会和那些超大质量物体一样 ， 当它们经过像星团和星系这样质量的引力集合时：它们会通过质量层化的天文学过程 ， 被吸入引力中心 。 当多个物体聚集在一个引力势阱中时 ， 较轻的物体往往会获得更多的动量并可能被弹射出去 ， 而较大的物体则会失去角动量并聚集在中心 。 在那里 ， 它们可以吸积物质 ， 合并 ， 增长 ， 最终成为我们如今在星系中心发现的超大质量怪兽 。
科学满怀期待，第一张黑洞视界照片！
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银河系中心的超大质量黑洞 ， 人马座A* ， 当物质被吞噬时 ， 就会发出明亮的X射线 。 在其他波长的光线中 ， 从红外线到无线电 ， 我们可以看到星系最内部的单个恒星 。 图源：X射线: 美国宇航局/马萨诸塞大学/D.WANG ET AL., 红外线: 美国宇航局/太空望远镜科学研究所 。
此外 ， 黑洞并非孤立存在 ， 它存在于空间本身的混乱环境中 ， 其充满了各种类型的物质 。 当物质接近黑洞时 ， 会受到潮汐力的作用 。 任何物体靠近黑洞的部分都会受到比远离黑洞的部分更大的引力 ， 而任意一侧凸起的部分都会感受到向物体中心的挤压 。
总而言之 ， 这会产生朝一个方向的一组拉伸力和其垂直方向上的一组压缩力 ， 导致物体变得像意大利面条一样 。 这个物体将被撕裂成组成它的粒子 。 由于大量的物理特性和力学在起作用 ， 这将导致物质聚集在黑洞周围形成盘状:吸积盘 。
科学满怀期待，第一张黑洞视界照片！
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图示是一个活跃的黑洞 ， 它吸积物质 ， 并加速其中一部分形成向外的两个垂直喷流 ， 这张图片形象地描绘了类星体如何工作 。 落入黑洞的物质 ， 无论其种类如何 ， 都将导致黑洞的质量和尺寸的额外增长 。 尽管存在各种各样的误解 ， 但是黑洞并不是把物质吸到自己本身的视界以内 ， 而是物质在接近视界一定程度的时候 ， 黑洞的视界会扩大 ， 就把物质给包含进去了 。 图源：MARK A. GARLICK
形成吸积盘的粒子是带点的 ， 它们围绕黑洞周围的轨道运动 。 当带点粒子运动是 ， 它们会产生电磁场 ， 而电磁场反过来会使带电粒子加速 。 这会导致一系列可观测现象 ， 包括：
发射的光子频率遍布整个电磁波谱 ， 特别是无线电频率 ，
当物质落入黑洞时 ， 在产生的较高能量中(例如在X射线中)会出现耀斑 。
物质与反物质被加速形成与吸积盘垂直的喷射流 。
所有这些现象都在不同质量和定向的黑洞上被观测到 ， 这进一步证实了它们的存在 。
科学满怀期待，第一张黑洞视界照片！
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在银河系中心的超大质量黑洞附近探测到了大量恒星 。 除了我们已经发现的恒星、气体和尘埃意外 ， 我们预计在距离人马座A*只有几光年的距离内就会有超过10,000个黑洞 ， 但直到2018年早些时候 ， 要探测它们都十分困难 。 确认中心黑洞是一项只有视界望远镜才能完成的任务 ， 它还可能探测到黑洞随时间的运动 。 图源：S. SAKAI / A. GHEZ / W·M·凯克天文台 / 加州大学洛杉矶分校银河中心组
此外 ， 我们还观察了候选黑洞周围个别恒星以及恒星残骸的运动 ， 它们似乎是围绕着大质量物体运动 ， 这种物体除了黑洞以外没有别的解释 。 例如 ， 在银河系中心 ， 我们观察了许多围绕着被称为人马座A*的物体运行的恒星 ， 据推测 ， 它的质量相当于400万个太阳 ， 并发射耀斑和无线电波 ， 还显示出正电子(反物质的一种形式)被垂直喷射到银道面上的特征 。


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