探寻黑洞

叶肖娜

黑洞自命名之日起，就吸引着人们的关注，它常常与神秘、未知、危险等词联系在一起，成为许多科幻电影的灵感源泉。在2014年的科幻电影《星际穿越》中，黑洞被塑造成一个周围环绕着明亮光环，看似一团漆黑的球形洞穴，但这只是根据牛顿定律、相对论物理定律、量子理论和量子引力理论，通过推测、想象设计出的黑洞形态。直到2019年4月，有中国科学家参与的事件视界望远镜合作组织才发布了第一张黑洞的照片，该黑洞是距离地球5500万光年的M87黑洞。

神秘黑洞的由来

恒星通过核聚变产生能量并维持稳定，当大质量恒星演化到晚年，所有核燃料耗尽无法保持温度时，星体会迅速内爆收缩，产生引力塌缩现象，最后可能会形成黑洞。科学家陆续通过爱因斯坦广义相对论和一些间接证据证实了黑洞的存在。根据爱因斯坦的理论可知。时空弯曲与物质运动相互影响，当光子通过弯曲时空时，引力场作用使其行进路径发生改变。发生光线的弯曲，在最极端的情况下。时空弯曲到光线都无法逃逸的程度，就形成了由弯曲时空构成的黑洞。所以，黑洞是一个内部密度极高的天体，所有物质落入其中都会被困住，即使速度最快的光也无法逃逸。

找寻“不露形迹”的黑洞

黑洞吸收了所有通过它的光线，所以在黑暗的太空中巡查黑洞是一項巨大的挑战。尽管黑洞无法用普通的天文望远镜直接观测到，但黑洞具有巨大的引力，可以根据黑洞与其他天体的引力效应来推测黑洞的存在和方位。如果黑洞与附近的一个可见星体构成双星。形成可见的亮伴星和不可见的隐秘伴星，通过观察亮伴星的运行规律可以推断隐秘伴星的存在，如果隐秘伴星的质量大于某一个界限。那么这个隐秘伴星很可能就是一个黑洞。

抱着这种想法。1964年，苏联理论天体物理学家雅可夫，泽尔多维奇开始寻找黑洞，但是。只从双星系统中寻找黑洞无异于大海捞针。根据科学家们推测，双星系统中的黑洞不但拥有强大的引力，还可以将周围的物质俘获。这些物质被吸引并冲向黑洞时，产生巨大的摩擦力和压力，从而变热并释放出强烈辐射，如X射线。按照这个理论，人们先由在轨卫星侦测出释放的射线信息，再由地基望远镜搜索太空中这一区域的异常现象，找到一颗亮伴星或星际云气团，观测其运行轨迹，根据双星系统找到隐秘伴星，估计其质量，以此判断是不是黑洞，据此。1970年首个黑洞——天鹅X-1被发现。除了银河系，科学家们还在银河外星系中找寻黑洞。

辨别“不同种类”的黑洞

多年来，通过地面天文台、引力波、脉冲星和事件视界望远镜等探测宇宙的工具，人们已经掌握了寻找黑洞的方法，但把黑洞区分开来也不是件容易的事。因为黑洞外面的引力场和电磁场由黑洞的物理属性决定，所以可以通过黑洞的质量、角动量和电荷来区分它们。

其中，质量是黑洞最重要的属性。它决定了黑洞的引力大小，也最好测量。通常情况下，黑洞的质量越大，引力场就越强，角动量是指黑洞自身围绕中心轴旋转时的动量表现，和黑洞的质量、旋转速度及与中心轴之间的距离有关。理论上，黑洞可以不自转，但现实中观测到的黑洞都在快速自转。由于巨大的质量，黑洞的自转非常稳定，自转轴在很长的时间里都不会发生变化。电荷是衡量黑洞带电多少的一个物理量，黑洞的电荷也可以为零，表示不带电。根据黑洞的以上属性。我们可以把黑洞分成四种类型：不带电荷不旋转的黑洞、带电荷但不旋转的黑洞、不带电荷旋转的黑洞、既带电荷又旋转的黑洞，此外，天文学家还根据黑洞的质量将黑洞分为三种主要类型，分别是恒星级黑洞、中等质量黑洞和超大质量黑洞。

黑洞的研究对我们理解宇宙的演化和宇宙中光的传播现象具有重要意义。目前。科学家们对黑洞仍存有很多疑问，例如，黑洞的内部究竟是怎样的？黑洞最终会消失吗？这些问题都等着我们来探索、寻找和发现，并将更多的宇宙谜团揭开。