文章來源：知識就是力量微信公眾號
（本文出自《知識就是力量》雜志2015年11月刊《發(fā)現(xiàn)宇宙深處的超級黑洞》一文，作者：吳學兵、左文文，原創(chuàng)作品）
200多年前，英國的米歇爾和法國的拉普拉斯就曾提出：一個質(zhì)量足夠大但體積足夠小的致密恒星會產(chǎn)生強大的引力場，以至于連光線都不能從其表面逃逸，因此它對我們來說是完全“黑”的。但這一推論隨后就被人遺忘，因為其所用的牛頓理論解決不了引力對光的作用問題。1915年愛因斯坦發(fā)表廣義相對論不久，德國數(shù)學家史瓦西在靜態(tài)和球?qū)ΨQ假設(shè)下得到了愛因斯坦場方程的解，解在一個特殊半徑（后稱史瓦西半徑）處存在奇異性。1939年，美國物理學家奧本海默等進一步用相對論證明確實存在一個“時間-空間”區(qū)域，光都不可能從該區(qū)域逃逸而到達遠處的觀察者。這一區(qū)域的邊界被稱為視界，在靜態(tài)球?qū)ΨQ的情況下，視界半徑就是史瓦西半徑。如果某天體的半徑小于史瓦西半徑，那么該天體就應該是“黑”的，它自身無法被我們看到。物理學家們把這些非常致密、引力大而“看不到”的天體稱之為“黑洞”。
我們在宇宙中能否真正找到這些神秘的“黑洞精靈”呢？天文學家的確已發(fā)現(xiàn)了許多不是黑洞的致密天體，如白矮星和中子星，它們是恒星演化到晚期時的產(chǎn)物，且都有一個質(zhì)量上限，分別為1.4倍和3.2倍的太陽質(zhì)量。如果在恒星演化晚期，能形成比中子星質(zhì)量更大的致密天體，那它就可能是黑洞了。
我們銀河系中一半以上的恒星都有伴星，即位于雙星系統(tǒng)中。當雙星系統(tǒng)演化時，其中一顆大質(zhì)量的恒星在經(jīng)歷超新星爆發(fā)后會形成致密天體，它強大的引力會吸積從另一顆星流過來的物質(zhì)，這些物質(zhì)以螺旋狀的軌道向里快速運動，并且變得非常熱而在致密天體周圍發(fā)出X射線光。天文學家通過分析這些X射線雙星的觀測數(shù)據(jù)，可計算出其中致密天體的質(zhì)量?？茖W家對銀河系內(nèi)的一個致密X射線源天鵝座X-1的計算表明，其不可見致密天體的質(zhì)量大約是太陽質(zhì)量的10倍，因此它不可能是白矮星或中子星，只可能是一個黑洞。目前在銀河系中已發(fā)現(xiàn)20多顆類似天鵝座X-1這樣的黑洞X射線雙星，它們的黑洞質(zhì)量大約是太陽質(zhì)量的4~20倍。
ps：雖然黑洞自身的確是“黑”的，但宇宙中的黑洞卻不是無跡可尋的，黑洞可通過強大引力吸積附近的物質(zhì)在它周圍發(fā)光。這使得天文學家可以通過觀測黑洞周圍的物質(zhì)來發(fā)現(xiàn)黑洞，并測量它最重要的物理參數(shù)——質(zhì)量。
新媒體編輯：張旭
原文編輯：李銀慧
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