科学家是怎样知道有黑洞的?

科学家是怎样知道有黑洞的?
科学家是怎样知道有黑洞的?

科学家是怎样知道有黑洞的?
可能通过引力透镜,在黑洞的引力场中,会使离黑洞较远的光线弯曲,再根据光线的弯曲程度来判断吧..

研究的

光线偏转？

通过天文观测和理论推理出来的

推测再加上研究
黑洞附近没有天体
所以可以推测附近有什么东西在捣乱

在北斗七星的旁边，大熊座的“熊头”附近，有一个形状不伦不类的M82星系。直径达1200万光年的M82星系，有一条黑色缝隙横贯其中，所以它得到了一个“破裂星系”的绰号。这条黑色缝隙实际上是一个由混杂尘埃的气体构成的，而M82星系本身是一个标准的“透镜”型星系。M82星系具有显著的特征，其中心部位以超过别的星系数千倍的速度诞生着新的恒星。最近在被称为“星爆”的M82星系中，天文学家发现了奇异的天体。释...

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在北斗七星的旁边，大熊座的“熊头”附近，有一个形状不伦不类的M82星系。直径达1200万光年的M82星系，有一条黑色缝隙横贯其中，所以它得到了一个“破裂星系”的绰号。这条黑色缝隙实际上是一个由混杂尘埃的气体构成的，而M82星系本身是一个标准的“透镜”型星系。M82星系具有显著的特征，其中心部位以超过别的星系数千倍的速度诞生着新的恒星。最近在被称为“星爆”的M82星系中，天文学家发现了奇异的天体。释放千倍于太阳的能量。
1997年，日本京都大学的一个研究小组使用X射线观测卫星发现M82星系内的一个天体，从非常有限的空间发出大量X射线，这个天体主要放射3000电子伏特的高能X射线，其光度达到太阳全部光度的千万倍。
为了搞清这个天体的真实面目，科学家立即着手进行了反复达9次的观测，对可信数据的分析结果表明，这个天体在短短几天的时间里，其光度就发生了几倍的变化。这个天体光度的变化情况被美国麻省理工学院和内华达大学的科学家于1999年同时观测到。它的光度变化的直接原因目前还无法确定，但是却为科学家了解这一奇异天体的本来面目，提供了极其珍贵的数据，因为根据这些数据能够算出这个天体的大小，它的直径约为太阳与地球距离的数十倍，也就是说，它的大小充其量相当于太阳系。从如此小的区域内居然能够释放出相当于太阳1000万倍的能量，从现代物理学可知其唯一的可能就是黑洞。M82星系中黑洞的质量。
“黑洞”是根据广义相对论预言存在的天体，它凭着自身的引力把空间中的一切“禁闭”起来。黑洞的大小若用质量相比较的话，那么具有太阳质量的黑洞，其半径只有3公里。黑洞把一切物质吸入，连光都不可能逸出。而M82星系中的黑洞却喷释出大量能量，这的确是异乎寻常的。事实上，当物质被吸入黑洞的“地平线”下之前，黑洞极强的引力场引起了超高速运动，由此释放出巨大能量。其原理与水力发电相似，在水力发电中，下落的势能转化为电能。对黑洞来说，因引力下落的能量由于摩擦转变为热能，并最终转变为光能。
事实上，对被称为“X射线双星”的天体的观测表明，气体被吸入黑洞后释放出的是光放射。黑洞是与中子星或是巨星构成彼此绕转的双星，从巨星流出的气体在旋转着落入黑洞或中子星时，会放出大量X射线。在这种情况下黑洞具有太阳的质量，若具有8倍于太阳的质量，那便是超新星爆发后的残存物。中子星是仅由中子构成的天体，比黑洞要大上数倍。
迄今为止已知的X射线双星系统最亮者达到太阳光度的100万倍程度，M82星系发现的X射线天体在此基础上又增高了10倍。由此估计这个黑洞的质量约为太阳的460倍到最大为1亿倍。总之，这个黑洞的质量很可能远远超过了太阳。这说明，在M82星系发现的是待确认的黑洞，而不单纯是超新星爆发后残存物。
M82星系发现的待确认黑洞在研究宇宙中存在的巨大黑洞起源的时候，具有极重大的意义。决定性的证据
近几年，有观测报告说在银河系中心似乎存在巨大黑洞，所谓“巨大黑洞”是指质量超过太阳100万倍以上的黑洞。如果存在巨大黑洞，那么在它周围的物质亦应当像绕太阳旋转的行星那样，遵循“开普勒行星运动三定律”，哈勃太空望远镜就在NGC4261、室女座M84星系、室女座M87星系等星系中心发现了高速旋转的气体。
根据开普勒定律，气体的旋转速度应与其围绕天体的质量的平方根成正比，与旋转半径的平方根成反比。如果能够确定旋转速度和半径，就能求出那个天体的质量，NGC4261旋转半径为300光年以内，质量约为太阳质量的20亿倍；M84星系旋转半径为30光年以内，质量约为太阳质量的3亿倍；M87星系旋转半径为15光年以内，质量约为太阳质量的30亿倍。计算结果应当说是令人吃惊的！10亿倍太阳质量的黑洞的半径大约为10天文单位，也就是1光年的一万分之一。所以，哈勃太空望远镜的观测结果与黑洞的半径相比较，还没有把握住黑洞的外侧。
1995年，有关科学家与美国史密森尼安天文台合作，使用超长基线电波干涉仪群观测猎犬座NGC4258星系的中心区域，发现在NGC4258星系中心仅0．3光年的区域内，就存在相当太阳质量3600万倍的质量，而且获得了迄今为止最精确的旋转速度。由此，星系中心存在巨大黑洞的可能几乎转瞬间便具有了可能性。同年，科学家们进行了对确认巨大黑洞具有决定意义的观测，证据是通过日本的X射线天文卫星观测得到的，观测对象是名为“MCG—6—30—15”的一个活跃星系。观测结果表明，来自这个星系中心的X射线发生了“引力红移”，这是非黑洞无法解释的。
所谓“引力红移”是在强引力作用下，时间似乎变慢的可用广义相对论解释的现象，在这种现象中光波长变长。这个现象被确认其意义就相当于直接观测到黑洞。科学家从此得到了巨大黑洞存在的强有力的证据。任何星系都存在巨大黑洞。
如果巨大黑洞只是存在于特定的星系的话，那么巨大黑洞可能就是这种特定星系特殊演化的结果。但是最近的观测资料开始表明大部分星系的中心都存在巨大黑洞。在宇宙中存在着在一种在相当于星系大小一万分之一以下区域，却释放出100个星系具有的能量的天体，这就是“类星体”。这是一种距离我们极其遥远的天体，距离近者离地球也有20亿光年之遥。从1962年第一个类星体被发现以来，这种天体的真实面目仍是待揭之谜。围绕类星体巨大能量的来源，科学家提出了形形色色的理论和假说，而最终具有生命力的是巨大黑洞之说。
斗转星移，1997年，哈勃太空望远镜首次观测证实，类星体处于星系的中心部位，是星系的核心。在那里极有可能存在巨大黑洞。但是此说难圆，迄今发现的类星体大约只有星系数目的百分之一，仅仅以此为依据还不能认为任何星系都存在巨大黑洞。
随着周密观测的进行，科学家们始知以往了解的“塞弗特星系”与类星体在光谱方面有种种类似。“塞弗特星系”的能量规模比类星体要小得多。“塞弗特星系”有Ⅰ型与Ⅱ型之分，与类星体光谱相似的为Ⅰ型。对“塞弗特星系”来说，除去其中心区域的特殊类型，一般是漩涡星系和棒旋星系，比类星体的数目多得多，达10倍以上。类星体和“塞弗特星系”总称为“活动星系核”，科学家又进一步发现了“活动星系核”的“兄弟”———“射电星系”和“活动星系”。最近，科学家在超过半数的星系中发现了衡量星系核心活动程度的“低电离状态发光区域”。
科学家认为，能够将活动星系核用巨大黑洞和旋转着被吸入黑洞气体盘旋建立一个模型。根据这个模型，星系核活动性的差别由黑洞的大小和单位时间被吸入黑洞的气体量决定。为了说明多种星系核的活动性，巨大黑洞的质量必须达到太阳质量的1000万倍到10亿倍的程度。质量居中的新类型黑洞。
如果我们认定几乎所有的星系中心都无一例外地存在巨大黑洞的话，那么这种现象是如何形成的呢，对于这个问题科学家们还没有掌握明确的答案，获得答案的关键也许就在尚待确认的M82星系中的黑洞。
通过光度变化发现的M82星系的待确认黑洞的最大质量大约是太阳质量的上亿倍。但是这其中存在一个令人不解的事实——M82星系的待确认黑洞不在星系的旋转中心，而在距旋转中心400光年之遥的位置。如果它具有太阳1亿倍的质量，那么这个黑洞的引力将占支配地位，它周围的一切都应当以黑洞为中心旋转，不能想象这个黑洞在围绕别的什么旋转。由此可知，这个黑洞并没有那么巨大，它很可能是质量居中的新类型，是质量为太阳100倍到100万倍的中间质量黑洞。
科学家对M82星系进行了空前精确的观测，1999年，美国航空航天局的科学家发表了新的观测报告，他们获得的证据表明，一个质量为太阳100倍到1万倍的黑洞在距星系中心约1000光年的位置旋转。他们在对39个星系观测中发现其中21个星系中有这种中间质量的黑洞。如果事实果真如此，那么它将成为解开星系中心巨大黑洞之谜的重要线索。巨大黑洞如何形成尚无定论。
正如前面谈到的，科学家认为质量相当于太阳的黑洞是超新星爆发的结果，但是对于巨大黑洞的起源，目前还没有定论。巨大黑洞是怎样形成的呢？
达到太阳质量100万倍的天体，其半径会凝缩至0．01光年以下，成为一千万分之一光年大小的中间质量黑洞。在质量为太阳100万倍的天体中有“球状星团”。球状星团在宇宙中存在的天体中密度之大异乎寻常，但是球状星团大小达数十光年，无论如何不能成为黑洞。在球状星团中作为超新星爆发的残存物存在质量相当于太阳的黑洞。但是如此小的黑洞逐渐构成了双星，要演化成一切都被吞并其中的中间质量黑洞，需要比宇宙年龄更长的时间，所以球状星团今天依然固我。
在“星爆”里正以迅猛的速度生成着新的恒星，同时超新星爆发也呈猛烈之势，结果质量相当太阳的黑洞理当比一般星系存在得更多。那么这些黑洞吸聚周围气体逐步变大成为中间质量黑洞，难道不存在中间质量黑洞彼此聚合成为巨大黑洞的可能吗？不过计算可知，即使用宇宙年龄同样时间来集聚气体，质量也不过只能增加百分之几。黑洞合而为一的概率在球状星团的情况下要低得多。解决疑问的关键何在？
那么，巨大黑洞不会由小黑洞聚合而成，就没有突然形成中间质量黑洞的途径了吗？要存在这种可能关键之处在于是否能把具有太阳质量100万倍的天体凝缩至0．01光年以下的空间。作为一种可能性，美国哈佛大学的科学家提出了一种新的设想：在宇宙诞生之初由大质量的天体产生了中间质量的黑洞。科学家们把这个过程用计算机进行了模拟，结果显示，在宇宙诞生30万年时，大质量天体中发生了电离，大小凝缩至0．01光年以下。此时，宇宙中清澈无比，光能够通行无阻。由此产生的黑洞质量约为太阳的10万倍到100万倍，基本上是在与星系无关的空间形成的。
如此大小的黑洞与星系遭遇，在力学的摩擦效果作用下，黑洞便落入星系的中心。如果落入星系中心的黑洞一年间会附着一个太阳质量的物质的话，1亿年后就会拥有1亿倍以上太阳质量，从而成为巨大黑洞。以类星体的能量来说，如此规模的质量附着是必不可少的。但是这种模型也不能完全自圆其说。考虑到一般的宇宙模型，以这种机理形成的黑洞的数目比星系的数目要少得多。因此在理论上，形成巨大黑洞的确切过程应当说仍未明了，所以具有中间质量、围绕星系中心旋转的M82星系黑洞，是非常耐人寻味的。关键问题在于求出M82星系黑洞的准确质量，并搞清其形成的过程。这些问题的解决对于揭开巨大黑洞之谜，具有决定性的意义。巨大黑洞仍是待揭之谜。
巨大黑洞的起源之谜直到今天仍包裹在重重迷雾之中，说不清道不明。黑洞是如何越变越大的，巨大黑洞又与星系的诞生和演化具有怎样的关系，需要解释的疑问还多得很。1995年，美国夏威夷大学和密执安大学的几位科学家，在研究了巨大黑洞起源的问题后，发表了非常有趣的分析结果。
他们将巨大黑洞的观测结果针对某一天体，把黑洞的质量与星系“鼓包”进行了比较。所谓星系“鼓包”指的是处于星系中心呈球状分布的古老恒星的集团。结果表明，这个比例大约是1000∶1，就算黑洞的质量有变化，但这个比例都没有明显变化。星系“鼓包”在构造上与星系盘有所不同，椭圆星系几乎都是由“鼓包”构成的。
若美国科学家发现的关系具有普遍意义，黑洞的形成便很可能与星系“鼓包”的形成有密切关系。星系“鼓包”是由星系形成初期的“星爆”形成的———
这一假说现在比较有说服力。巨大黑洞也与“星爆”有关吗？新类型的黑洞是在M82星系被发现的，而它也是“星爆”。
“星爆”、星系形成、星系“鼓包”、活动星系核，以及中间质量黑洞和巨大黑洞，在这一系列组合之后，最终能够描绘出的到底是什么呢？
在星系中，仍然隐藏着许多的谜团。

收起

根据狭义相对论的结论:光速是宇宙中的最快速度得出,如果一个天体具有极大的质量,使得其第一宇宙速度大于光速,便是黑洞

黑洞附近星体光路不正常;
黑洞向外辐射伽马射线

猜想,纯粹是猜想.

黑洞后面的星星由点点变成了长线。

是霍金提出的
因为光只有沿抛物线才能从黑洞旁经过
否则就会被吸引

好象是根据万有引力定律

理论推理出来的

大质量恒星爆炸“黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”，其实不然。所谓“黑洞”，就是这样一种天体：它的引力场是如此之强，就连光也不能逃脱出来。
根据广义相对论，引力场将使时空弯曲。当恒星的体积很大时，它的引力场对时空几乎没什么影响，从恒星表面上某一点发的光可以朝任何方向沿直线射出。而恒星的半径越小，它对周围的时空弯曲作用就越大，朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。 <...

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大质量恒星爆炸“黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”，其实不然。所谓“黑洞”，就是这样一种天体：它的引力场是如此之强，就连光也不能逃脱出来。
根据广义相对论，引力场将使时空弯曲。当恒星的体积很大时，它的引力场对时空几乎没什么影响，从恒星表面上某一点发的光可以朝任何方向沿直线射出。而恒星的半径越小，它对周围的时空弯曲作用就越大，朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。
等恒星的半径小到一特定值（天文学上叫“史瓦西半径”）时，就连垂直表面发射的光都被捕获了。到这时，恒星就变成了黑洞。说它“黑”，是指它就像宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉进去，“似乎”就再不能逃出。实际上黑洞真正是“隐形”的，等一会儿我们会讲到。
那么，黑洞是怎样形成的呢？其实，跟白矮星和中子星一样，黑洞很可能也是由恒星演化而来的。
我们曾经比较详细地介绍了白矮星和中子星形成的过程。当一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料（氢），由中心产生的能量已经不多了。这样，它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下，核心开始坍缩，直到最后形成体积小、密度大的星体，重新有能力与压力平衡。
质量小一些的恒星主要演化成白矮星，质量比较大的恒星则有可能形成中子星。而根据科学家的计算，中子星的总质量不能大于三倍太阳的质量。如果超过了这个值，那么将再没有什么力能与自身重力相抗衡了，从而引发另一次大坍缩。
这次，根据科学家的猜想，物质将不可阻挡地向着中心点进军，直至成为一个体积趋于零、密度趋向无限大的“点”。而当它的半径一旦收缩到一定程度(史瓦西半径)，正象我们上面介绍的那样，巨大的引力就使得即使光也无法向外射出，从而切断了恒星与外界的一切联系——“黑洞”诞生了。
与别的天体相比，黑洞是显得太特殊了。例如，黑洞有“隐身术”，人们无法直接观察到它，连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。那么，黑洞是怎么把自己隐藏起来的呢？答案就是——弯曲的空间。我们都知道，光是沿直线传播的。这是一个最基本的常识。可是根据广义相对论，空间会在引力场作用下弯曲。这时候，光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播，但走的已经不是直线，而是曲线。形象地讲，好像光本来是要走直线的，只不过强大的引力把它拉得偏离了原来的方向。
在地球上，由于引力场作用很小，这种弯曲是微乎其微的。而在黑洞周围，空间的这种变形非常大。这样，即使是被黑洞挡着的恒星发出的光，虽然有一部分会落入黑洞中消失，可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球。所以，我们可以毫不费力地观察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一样，这就是黑洞的隐身术。
更有趣的是，有些恒星不仅是朝着地球发出的光能直接到达地球，它朝其它方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球。这样我们不仅能看见这颗恒星的“脸”，还同时看到它的侧面、甚至后背！
“黑洞”无疑是本世纪最具有挑战性、也最让人激动的天文学说之一。许多科学家正在为揭开它的神秘面纱而辛勤工作着，新的理论也不断地提出。不过，这些当代天体物理学的最新成果不是在这里三言两语能说清楚的。有兴趣的朋友可以去参考专门的论著。

宇宙大约在150亿年至200亿年前形成。它始于无限密集且温度非常高的一个点，科学家称这一点为奇点，我们所知的自然法则对它完全不适用。它积累了大量的物质，到达一个极点后爆发，科学家称这种现象为大爆炸。大爆炸之后，小的气体云再一次集中起来，并在引力的影响下组合。因此，就形成像太阳一样的星体。太阳的历史大约为50亿年。它不会永远存在，再过50亿年太阳将会消亡。太阳可以将光和热量送到3.8亿公里之外。这些能量来自核裂变反应，在温度高达1500摄氏度时，氢转化成氦。当太阳到了生命尽头时，它将不能承受内部裂变反应的压力。热气使太阳膨胀并使它爆裂，然后，地球上的所有生命和其他行星将会湮灭。在此过程中，太阳将会变异成一个红色的巨星。当太阳的燃料最终用完后，它可能在自身重心的影响下分裂。许多像太阳一样的星体压缩成我们所知的中子星。黑洞源自于中子星，其数量比太阳一样的恒星多很多倍。

渴望靠近星体是人类古老的梦。由于16世纪天文望远镜的出现，帮助我们解开了天体之谜。今天的射电望远镜的出现使我们能更准确地观察宇宙。1990年哈勃太空望远镜的发射升空，使我们能够更深入地观测宇宙。哈勃太空望远镜是以埃德温?哈勃的名字命名的，他早在1929年就注意到宇宙是持续扩张的。哈勃太空望远镜在我们的银河系中心所拍的照片非常清晰，基于这些照片，科学家推测在银河系中心有一个巨大的黑洞。科学家早已推测在银河外星系的中心有黑洞存在，当然有确切的证据。

天文学家用夏普超级照相机拍摄了6000亿个小斑点，其照片通过高性能的电脑阅读、分析，这就是天文学家如何在银河系中心发现了一个巨大黑洞的过程。如何拍摄一些事实上看不见的东西呢？天文学家从中心点按某种特定的，不同的间隔来观察星体，测量它们确切的速度。其结果发现和太阳系相似之处在于：越接近中心，星星移动得就越快。就像太阳系一样，在中心处有一个堆，它能控制一切。它不是一个太阳堆，而是250万个太阳堆同在一个非常小的体积里。中间的白色圆点是星星在黑洞周围旋转，这是一种死亡舞蹈，它们不可抗拒地旋入黑洞的中心并被吞没。
如果一个星体比太阳大很多，那么这样一颗星体会在相对短的时间也就是几百万年内爆炸；如果一颗星体比太阳大几百倍，那么它所剩的只有灰烬，如果这些灰烬有足够的重量，那就会崩裂而形成一个小黑洞。在银河系中，黑洞之所以出现在中心位置，可能是由于在其巨大引力下将星体拉到中心，形成了非常稠密的星体堆。在某个时候星体大量地滑移，彼此融化，形成一个中等尺寸的黑洞，它们通过不断吸入其他物质、星星和气体，随着时间的推移，黑洞会越变越大。卫星投入使用后，天文学家及宇宙学家开始揭示黑洞的理论原理，我们也因此了解到更多关于宇宙及黑洞的知识。
黑洞内部有什么秘密在等待我们去探索呢？所有的物质，无论是灰尘还是行星，都趋向于黑暗，被重心巨大的力量所牵引，潜伏在内部的某个地方，这就是时间与空间分离的地方。
物理学家曾相信只有三维空间，即长度的维数、高度的维数及宽度的维数。三维的意思是三个数字让我们把一切事物放置在从你的鼻尖到宇宙的尽头。爱因斯坦说要引入第四维；时间，就是说宇宙由四维组成。为了理解宇宙的性质，我们不得不特别关注时间的维数。通常我们经历时间和空间是非常困难的事情。我们已经在太空中认知了三维。通常我们看表时只是感知时间，但不能影响时间。时间的运动总是在同一个方向上进行———从过去到将来。我们既不能让时间逆转，也不能让时间停止，更不能让时间提前。自然科学家把空间和时间用数字的方式描述成一个单元，时空，时间是第四维的。在1905年，爱因斯坦创造了数学原理，即他的特殊理论———广义相对论，来统一时间和空间。此理论证明一个运行的时钟比一个静止的时钟走得慢。也就是说，一个移动很快的物体，时间过得比在地球上慢。在飞机上，时间的延伸只是亿万分之一秒，然而，这个时钟仍然非常精确，足以证明爱因斯坦的理论。
根据爱因斯坦的理论，按轨道环绕地球的飞行员，大约每小时行驶73000公里，时间过得却非常慢。为什么会这样呢？在广义相对论里没有绝对的时间。爱因斯坦把时间和空间作为动力来理解。因此时空不是平直的而是卷曲的。为了理解这一理论，我们想象一个空间作为一个有弹性的橡胶布。大量的天上星体创造了一个槽，就像蹦床上的保龄球一样。所有的物质都沿最小阻力的曲线轨道而运行，因此，物质决定了时空的曲率，同时时空决定了物质的运行行为。在太阳周围的区域，重心使时空卷曲。太阳背后的星光沿这个曲率运行并被弯曲。因此，星体的位置对于地球上的观察者来说有些歪斜。巨大的物质能使时空卷曲，它的功能就像曲光镜。
黑洞的奇点符合大爆炸的奇点。宇宙的密度及时空的曲率在这儿是无限的。数字不能处理无限的数字，所以奇点是抽象的点，没有人会到达那里。当你到达黑洞的中心会发生什么，就像在大爆炸之前会发生什么一样，这个答案目前无法回答，但黑洞给我们提供了发挥奇异思考的空间。

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