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宇宙中的黑洞？ 黑洞是我们宇宙中最奇怪、最神秘的物体，它们像宇宙中的真空吸尘器，能吞没靠近它们的任何东西，不论是大头针还是体积是太阳1亿倍的星体，黑洞都能吞没。它们没有明确的目的，只是在时空中穿梭。宇宙中人类所认知的星体有2000亿个，天文学家相信在宇宙中有无数个黑洞，通过对黑洞深处的研究将揭开宇宙形成的奥秘。　　黑洞是如何形成的？　　继牛顿之后，一位名叫约翰?米歇尔的英国科学家预测，有一种物体有很强的引力场，以至于连光线都不能够逃逸。对于这一理论，法国数学家及科学家拉普拉斯作了明确的解释，而最有说服力的是奥本海默和他的同事提出的理论。奥本海默和施奈德合写了一篇关于星体及星云裂变的文章，其描述与我们现有的照片非常相似。那时，人们不叫它黑洞，这个名字是后来才有的。这些观察都证明，黑洞是真实存在的。　　为了了解黑洞是如何形成的，首先需要知道宇宙是如何形成的。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。　　科学家怎样发现了黑洞？　　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。
9张最佳黑洞照片，带你更深入的了解黑洞

黑洞

ALMA & APEX对EHT(事件视界望远镜（英语：Event Horizon Telescope, EHT）是一个以观测星系中心超大质量黑洞为主要目标的计划。)的重要贡献。

这张图片展示了ALMA 和APEX对EHT 的重要贡献，左边图片显示的是使用事件视界望远镜(包括ALMA和APEX)全阵列重建的黑洞图像，右图显示的是没有ALMA和APEX 数据的重建情况。这两张图片的差异清楚地表明了ALNA和APEX在观测中所起的重要作用。

图片版权:ESO/S.Brunier

光子绕黑洞运动

这幅艺术家的印象描绘了黑洞附近光子的路径，视界对光线的引力弯曲和捕获使得视界望远镜得以捕获阴影。

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一个黑洞吸积过程的模拟图像

一个黑洞吸积过程的模拟图像，在图象中间的视界，可以看到阴影周围旋转着的吸积盘。

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M87被ESO(欧洲南方天文台)的超大望远镜捕获

梅西耶87(M87)是一个巨大的椭圆星系，距离地球约5500万光年，位于室女座。它于1781年被查尔斯·梅西耶发现，但直到20世纪才被确定为一个星系。它的质量是我们银河系的两倍，恒星的数量是银河系的十倍，是宇宙中最大的星系之一。除了它的原始尺寸，M87有一些非常独特的特点。例如，它包含的球状星团数量异常之多:虽然我们的银河系包含200个以下的球状星团，但M87大约有12000个，一些科学家认为这是它从其较小的\"邻居\"那里收集来的。

和其他大型星系一样，M87的中心也有一个超大质量黑洞。星系中心黑洞的质量与整个星系的质量有关，所以M87黑洞是已知质量最大的黑洞之一也就不足为奇了。黑洞也可以解释星系最具能量的特征之一:以接近光速喷射出的相对论性物质射流。

黑洞是视界望远镜所观测到的改变范式的物体。EHT(事件视界望远镜)选择该物体作为观测目标有两个原因。其一是，由于更大质量黑洞的直径也更大，M87中心的黑洞呈现出一个异常大的目标——这意味着它比附近的小黑洞更容易成像。而，另一个原因，从我们的星球上看，M87似乎相当接近天球赤道，这使得它在北半球和南半球的大部分地区都可见，这极大地增加了EHT望远镜的数量，从而提高了最终图像的分辨率。

这张照片是FORS2在ESO的超大型望远镜上拍摄的，作为宇宙CG(Cosmic Gems)计划--一个扩展计划的一部分（使用ESO望远镜拍摄视觉上有吸引力的物体，用于教育和公共推广)。该项目利用了无法用于科学观测的望远镜时间，拍摄了夜空中一些最引人注目的物体图像。如果收集到的数据对未来的科学研究有用，这些观测结果将被保存下来，并通过ESO科学档案提供给天文学家。

图片版权:ESO/S.Brunier

艺术家对M87中心黑洞的印象

这幅艺术家的印象描绘了位于巨大的椭圆星系M87中心的黑洞。这个黑洞被选为视界望远镜进行范式转换观测的对象。图中展示了黑洞周围的过热物质，以及M87黑洞发射的相对论射流。

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黑洞剖析

这张图片描绘了一个被吸积盘包围的快速旋转的超大质量黑洞。这个旋转物质的薄圆盘由类太阳恒星的残余物组成，这些残余物被黑洞的潮汐力撕裂。这个黑洞被标记出来，展示了这个迷人物体的解剖结构。

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超大质量的黑洞模拟

为了预测第一张黑洞图像，Jordy Davelaar和他的同事们建立了一个虚拟现实的模拟——有关这些迷人的天体之一。他们的模拟展示了被发光物质包围的黑洞。这种发光物质以漩涡般的方式消失在黑洞中，有时在极端的条件下，它会变成发光的等离子体。然后发出的光在黑洞的强大引力下发生偏转和变形。

图片版权:ESO/S.Brunier

第一张黑洞图片

事件视界望远镜(EHT)是一个由8架地面射电望远镜组成的行星规模的阵列，它是国际合作打造的，目的是捕捉黑洞的图像。在全球协调召开的新闻发布会上，EHT的研究人员透露他们成功了，首次公开了梅西耶87及其阴影中心存在超大质量黑洞的直接视觉证据。

这里看到的黑洞的阴影是我们所能看到的最接近黑洞本身的图像，它是一个完全黑暗的物体，光线无法从中逃逸。黑洞的边界——EHT得名的视界——比它投射的阴影小2.5倍，直径略小于400亿公里。虽然这听起来很大，但这个环的直径只有40微弧秒——相当于在月球表面测量一张信用卡的长度。

尽管组成EHT的望远镜没有物理上的联系，但它们能够用原子钟(氢微波激射器)来同步记录数据。这些观测数据是在2017年的全球运动中以1.3毫米的波长收集的。EHT的每台望远镜都产生了大量的数据——大约每天350 tb——存储在高性能的氦气硬盘上。这些数据被送到高度专业化的超级计算机上——被称为相关器——由马克斯·普朗克射电天文学研究所和麻省理工学院草垛天文台联合使用。然后，他们煞费苦心地使用合作开发的新型计算工具将这些信息转换成图像。