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全新类型的“迷你”黑洞:里面到底是什么?
2019-12-06 09:38:45  出处:新浪科技  作者:任天 编辑:雪花   点击可以复制本篇文章的标题和链接

据国外媒体报道,近日的一项研究称,科学家可能已经发现了一种全新的黑洞类型,其规模以往任何已知的黑洞都要小。

黑洞经常出现在所谓的联星系统中,由两颗曾经互相环绕的恒星演变而来。当联星的一颗恒星耗尽燃料,就可能以“超新星”的形式爆发,留下极高密度的中子星。如果质量足够大的话,就会形成密度大到连光线也无法逃脱的黑洞。然而,在已知密度最大的中子星和已知质量最小的黑洞之间,存在着一个空白,科学家还没有找到介于二者之间的中子星或黑洞。

研究人员仔细分析了约10万个联星系统的数据,最终在一个联星系统中发现了一个异常小的黑洞,其质量只有太阳的3.3倍。这一发现可能有助于物理学家理解导致黑洞形成的超新星过程,这同时也是某些元素形成和宇宙演化的关键。

天体物理学家分析了“阿帕奇天文台星系演化实验”(Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment,简称APOGEE)收集的数据,包括来自银河系中大约10万颗恒星发出的光线情况。

恒星光谱的变化可以指示某颗恒星正在围绕另一个物体运行,而这一物体很可能是看不到的,比如黑洞。为了寻找附近可能存在黑洞的恒星,研究小组缩小了范围,对200颗看起来较有希望的恒星进行分析。

研究人员收集了这些恒星系统的数千张图像。拍摄这些图像的,是俄亥俄州立大学的“超新星全天空自动观测”(All-Sky Automated Survey for Supernovae)项目的20台机器人望远镜。

在这些图像数据中,一个恒星系统脱颖而出。研究人员将一颗红巨星命名为“J05215658”,它似乎在围绕一个巨大的隐藏天体运行,后者的质量大约是太阳质量的3.3倍,比之前科学界所知的任何黑洞都要小。

天体物理学家将目前寻找黑洞的研究,比作在人口普查中只统计身高超过1.75米的人。由此可见,科学家目前对黑洞总体情况的了解十分有限。长期以来,科学家只知道黑洞的质量是太阳质量的5到15倍。与此同时,中子星的质量只有太阳的2.1倍左右。如果中子星的质量达到太阳质量的2.5倍以上,它们本身就会坍缩形成黑洞。于是,黑洞可能质量的下限与中子星之间就出现了空白,而发现的J05215658刚好填补了这个空白。

这项研究开辟了一个新的研究领域。该发现也是对2017年观测到的两个“巨型”黑洞的补充。这两个黑洞的质量分别是太阳质量的31倍和25倍,它们正在一个距离地球180万光年的星系中合并。

这一观测是由激光干涉引力波天文台(LIGO)完成的,该天文台由位于华盛顿州汉福德和路易斯安那州利文斯顿的两台望远镜组成。当时的观测结果一经确认公布,就引发了全世界的关注。这不仅是因为它证明了LIGO确实可行,还因为所涉及的质量之大,是科学家前所未见的。

黑洞里面是什么?

黑洞是宇宙中最奇怪的天体之一,它们的名字十分恰如其分:没有任何东西可以逃脱它们的引力,即使是光也不行。如果你太过接近所谓的事件视界,那你也将被困住或被摧毁。

在无比巨大的引力影响下,黑洞附近的逃逸速度大于光速,使得任何光线都无法从事件视界内部逃脱。对于小型黑洞,你很可能无法在如此近距离的情况下存活下来。靠近事件视界的潮汐力足以拉伸任何物质,使其像意大利面条一样细长,直到变成一串原子。

物理学家称这个过程为“意大利面化”(spaghettification)。但对于大型黑洞,比如银河系等星系核心的超大质量黑洞(它们的质量即使不是恒星质量的数十亿倍,也有几千万倍之多),穿过事件视界可能并不会发生什么严重的事。

从理论上说,从我们熟悉的世界进入黑洞世界应该是有可能的,因此物理学家和数学家一直想知道那个世界到底是什么样子的。他们求助于爱因斯坦的广义相对论来预测黑洞内的世界。在观察者到达黑洞中心或奇点之前,广义相对论的方程都还能很好地适用,在理论计算中,此时时空的曲率会变得无穷大。

全新类型的“迷你”黑洞:质量只有太阳的3.3倍

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