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黑洞2021/6/7 10:36:14 |
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讯，近期，中国科学院国家天文台刘继峰、张昊彤研究团队发现迄今最大恒星级黑洞，这颗70倍太阳质量的黑洞远超理论预言的质量上限。据了解，黑洞一般分为恒星级黑洞、中等质量黑洞和超大质量黑洞。而恒星级黑洞是由大质量恒星死亡形成的。
北京时间2019年11月28日凌晨，国际科学期刊《自然》发布了中国科学院国家天文台刘继峰、张昊彤研究团队的一项重大发现。依托我国自主研制的国家重大科技基础设施郭守敬望远镜(LAMOST)，研究团队发现了一颗迄今为止质量最大的恒星级黑洞，并提供了一种利用LAMOST巡天优势寻找黑洞的新方法。这颗70倍太阳质量的黑洞远超理论预言的质量上限，颠覆了人们对恒星级黑洞形成的认知，有望推动恒星演化和黑洞形成理论的革新。
黑洞是一种本身不发光的神秘天体。任何物质，包括光也无法从它身边逃离。根据质量的不同，黑洞一般分为恒星级黑洞、中等质量黑洞和超大质量黑洞。这其中，恒星级黑洞是由大质量恒星死亡形成的，是宇宙中广泛存在的“居民”。理论预言银河系中有上亿颗恒星级黑洞，但迄今为止，天文学家仅在银河系发现了约20颗恒星级黑洞——而且都是通过黑洞吸积伴星气体所发出的X射线来识别的、质量均小于20倍太阳质量的黑洞。
2016年秋季开始，国家天文台领导的研究团队利用LAMOST开展双星课题研究，历时两年监测了一个小天区内3000多颗恒星。结果发现，在一个X射线辐射宁静的双星系统(LB-1)中，一颗8倍太阳质量的蓝色恒星，围绕一个“看不见的天体”做着周期性运动。不同寻常的光谱特征表明，那个“看不见的天体”极有可能是一颗黑洞。
研究人员随即进行了“确认”：他们通过西班牙10.4米口径加纳利大望远镜和美国10米口径凯克望远镜，进一步确认了LB-1的光谱性质，计算出该黑洞的质量大约是太阳的70倍。值得一提的是，在两年之久的监测时间里，LAMOST共为这项研究做了26次观测，累积曝光时间约40个小时。刘继峰表示，如果利用一架普通四米口径望远镜来寻找这样一颗黑洞，同样的几率下，则需要40年的时间——这充分体现出LAMOST超高的观测效率。
目前恒星演化理论预言在太阳金属丰度下只能形成最大为25倍太阳质量的黑洞。这颗新发现黑洞的质量已经进入了现有恒星演化理论的“禁区”。美国激光干涉引力波天文台(LIGO)从2015年起，通过探测引力波的方法发现了数十倍太阳质量的黑洞;2017年，雷纳韦斯、基普索恩和巴里巴里什因在LIGO的建造和引力波探测方面的贡献被授予诺贝尔物理学奖。LIGO台长大卫雷茨评论，“在银河系内发现70倍太阳质量的黑洞，将迫使天文学家改写恒星级黑洞的形成模型。这一非凡的成果，将与过去四年里美国激光干涉引力波天文台(LIGO)及欧洲室女座引力波天文台(Virgo)探测到的双黑洞并合事件一起，推动黑洞天体物理研究的复兴”。接下来，利用LAMOST极高的观测效率，天文学家有望发现一大批“深藏不露”的黑洞,开创批量发现黑洞的新纪元。
这项工作是基于LAMOST(中国兴隆)、加纳利大望远镜(西班牙加纳利群岛)、凯克望远镜(美国夏威夷)和钱德拉X射线天文台(美国)的观测数据完成的。本研究共包括55位作者，来自中国、美国、西班牙、澳大利亚、意大利、波兰和荷兰7个国家28家单位。
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黑洞是现代广义相对论中，宇宙空间内存在的一种密度极大、体积极小的天体。黑洞的引力很大，连光都无法逃脱。1916年，德国天文学家卡尔史瓦西通过计算得到了爱因斯坦引力场方程的一个真空解，这个解表明，如果将大量物质集中于空间一点，其周围存在一个连光都无法逃脱的界面——“视界”。这种“不可思议的天体”被美国物理学家约翰阿奇博尔德惠勒命名为“黑洞”。
黑洞无法直接观测，但可以借由间接方式得知其存在与质量，并且观测到它对其他事物的影响。北京时间2019年4月10日，人类首张黑洞照片面世，爱因斯坦广义相对论被证明在极端条件下仍然成立。
黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程：某一个恒星在准备灭亡，核心在自身重力的作用下迅速地收缩，塌陷，发生强力爆炸。当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止，被压缩成一个密实的星体，同时也压缩了内部的空间和时间。
但在黑洞情况下，由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去，连中子间的排斥力也无法阻挡。中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末，剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。由于高质量而产生的引力，使得任何靠近它的物体都会被它吸进去。
讯，一谈到黑洞，很多人都会觉得可怕，就连光也难逃魔掌。近日，安徽师范大学物理与电子信息学院舒新文教授研究小组发现双黑洞吞噬恒星的罕见天文现象，当一个恒星运动到太靠近黑洞的位置时，会被其强大潮汐引力撕裂瓦解，进而被黑洞吞噬。
双黑洞吞噬恒星是怎么回事
11月28日从安徽师范大学获悉，近日，该校物理与电子信息学院舒新文教授研究小组，在一个河外星系中发现了一对互相绕转的超大质量双黑洞吞噬恒星的罕见天文现象。这是天体物理学家迄今为止在正常星系中发现的第二例超大质量双黑洞绕转系统。该研究成果近日以第一作者单位发表于国际顶级期刊《自然通讯》。主要合作者包括中科院国家天文台、中国科学技术大学、广州大学、上海天文台、中山大学以及北京大学的科研人员。
据了解，黑洞是广义相对论预言的天体，具有独特的时空结构，进入其视界面的所有物质包括光线都无法逃脱。当一个恒星运动到太靠近黑洞的位置时，会被其强大潮汐引力撕裂瓦解，进而被黑洞吞噬，同时释放出短暂的剧烈电磁波辐射，这被称为黑洞潮汐撕裂恒星事件。
对于一个本身就很难发现的休眠黑洞来说，发生黑洞潮汐撕裂恒星事件几乎是每个星系每10万年才会发生1次，概率为十万分之一。因此，即便是经过了30多年的研究，天文学家们也仅在少数几个活动的星系中找到了超大质量双黑洞，而能够捕捉到这种天文现象是极为罕见的。
黑洞喷流速度有多快?
自NGC5532发射出的喷流长达将近百万光年远。其中，光的速度是299792458米/秒。
在1998年，X射线源XTEJ1550-564曾进行过一场巨大的爆发。物质以接近光速的高速被送进太空，冲击附近的空气并加热它们，使它们在X射线波段产生炽热光芒。图中的左列影像，告诉我们这些X射线波段的热点从爆发至今已移动了3光年以上，残留下的喷流则已减弱至不可测。图中右侧的绘图则描绘出极可能产生X射线喷流的双星系统，我们可看到左边的一颗红色正常恒星，它大量抛出自身的物质到环绕着右边黑洞的吸积盘上。一般认为喷流就是沿着黑洞的自转轴喷射出来的。
中央的黑洞如何喷发出吸入物质原因仍不清楚，然而，在清空星系后，喷流将膨胀成巨大的无线电波泡泡，发出长达百万年的光芒﹔若一个经过的波前激发了它，这个无线电波泡泡在十亿年后甚至可以再度点亮。
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讯，近日，由天文学家发布的一则“黑洞撕裂恒星瞬间”视频登上热搜，画面中，一颗垂死的恒星在被一个超级黑洞撕裂时发出的闪光，十分耀眼。据悉，“黑洞‘吞噬’附近一颗恒星就是一场潮汐撕裂事件，而垂死的恒星中往往会喷射物质。
参考消息》14日刊登美国太空网站报道《望远镜观察到黑洞通过“意面化”杀死恒星》。摘要如下：望远镜捕捉到一颗垂死的恒星在被一个超级黑洞撕裂时发出的罕见闪光。
这一罕见的潮汐撕裂事件是已知距离地球最近的此类事件，相距距离仅为2.15亿光年。在潮汐撕裂事件中，恒星会被“意面化”(变成意大利细面条状)。
研究第一作者、英国伯明翰大学讲师、皇家天文学会研究员马特尼科尔在欧洲南方天文台的一份声明中说：“黑洞‘吞噬’附近一颗恒星的想法听起来像科幻小说，但这其实就是一场潮汐撕裂事件。”研究人员利用多台望远镜捕捉到了这一事件，包括欧洲南方天文台的甚大望远镜和新技术望远镜。
研究共同作者托马斯韦弗斯在同一份声明中说：“当一颗倒霉的恒星距离星系中心一个超级黑洞太近时，黑洞的极端引力会把恒星撕成稀薄的物质流。”韦弗斯是欧洲南方天文台驻智利圣地亚哥的研究员，在开展这项研究时他在英国剑桥大学天文学研究所工作。
欧洲南方天文台官员说，过去很难看到这些事件，因为黑洞吞噬恒星时，垂死的恒星中往往会喷射物质，比如尘埃，从而使视野变得模糊。幸运的是，本次事件是在恒星被撕裂成碎片后不久就进入了研究人员的视线。
研究人员用6个月时间研究了本次事件，当时那里的闪光变得明亮，然后逐渐消失。研究者们在紫外线、光学、X射线和无线电的波长范围观测了这一天文现象。研究人员说，对这一事件的研究结果表明了物质是如何离开恒星的，并展示了恒星在濒死时发出的闪光。
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虫洞真的存在吗 如何才能探测到虫洞
美国宇航局约翰霍普金斯大学和罗切斯特理工学院的科学家最新证实了恒星级黑洞如何产生最高能量的光线，他们在一台超级计算机上模拟黑洞的气体吸积过程，重现了X射线喷流的形成，发现活跃的黑洞可产生强大的能量射线。
戈达德太空飞行中心天体物理学家杰里米·施尼特曼认为这项研究调查了位于黑洞周围温度高达10亿度气体的行为，气体分子、磁场间的相互作用显示出宇宙中最极端物理环境非常令人畏惧。
当气体逐渐落入黑洞周围的轨道时，会形成一个扁平的物质盘面，并开始呈现螺旋式下落，这一过程中气体等物质被剧烈压缩和加热，越接近中央的区域温度越高，可达到2000万华氏度，或为1200万摄氏度，是太阳表面温度的2000倍左右，并释放出低能量的软X射线。
科学家对黑洞的研究已经超过了40年，观测表明黑洞也会产生相关规模的硬X射线，如果高能量的射线意味着有着相当炙热的气体存在，温度可高达数十亿摄氏度。
这项研究在理论和观测之间建立了一座桥梁，表明硬X和软X射线都会在黑洞吸积气体的过程中被释放出来。约翰斯·霍普金斯大学教授朱利安·克罗利克等开发出一个黑洞吸积盘内部区域的模型，可以跟踪X射线的释放和移动，并与观测到的真实黑洞进行对比。
科学家计算出流入黑洞吸积盘的气体运动方程，并进行计算机模拟，发现下落气体的温度、密度以及速度都在急剧增加，这一过程还对吸积盘外部的气体行为构成影响。
位于得克萨斯高级计算中心的超级计算机参与了本项研究，科学家通过27天的模拟对黑洞吸积气体过程释放硬X射线有了进一步的了解，并推测吸积盘的物质在被加热后可形成冕环，该现象位于黑洞事件视界的边缘附近，由极高温度的X射线导致，在整个吸积盘和冕环发生的区域，科学家成功跟踪到X射线的释放，并第一次直接发现吸积盘上出现的磁场动荡以及由此所形成的10亿度冕环。
黑洞是目前已知最致密的天体，一颗典型的恒星在耗尽自身携带的燃料后在引力作用下发生坍缩，质量为20倍太阳质量的恒星将会形成宽度不到120公里的黑洞。
导语：多年以来，天文学家一直争论不休，第一代超大质量黑洞究竟是怎样如此快速(相对而言)地在宇宙中出现的。而据NASA消息，最近一个意大利科研小组在早期宇宙中识别出了两个非常特殊的天体，它们可能和早期超大质量黑洞的诞生有关。宇宙的“黑洞种子”首次被发现!天文学家已经找到迄今最佳的早期宇宙中黑洞种子的证据，其质量为太阳10万倍，有望协助揭开超级黑洞的成因之谜。
空间天文台锁定超大黑洞种子
据报道，意大利国家天文台和比萨高等师范学校的研究者使用哈勃、钱德拉及斯皮策3种望远镜获取的数据，才辨别出了这些潜在的黑洞种子。换言之，研究者发现大黑洞可直接因为气体云的碰撞而形成。之后这种黑洞像种子一样，逐渐长大成为超级巨大的黑洞。
领导研究的比萨高等师范学校教授帕斯库奇说：“我们找到了证据表明，超大质量黑洞的种子能够直接由巨型气体云坍缩而成，不需要任何中间步骤。这项发现若得到证实，就能解释这些怪兽级黑洞的诞生过程。”有关研究将发表于《英国皇家天文学会月报》，但科学家表示，现阶段的研究仅为初步探讨，尚未得到明确结论。
一项新的研究表明，这些黑洞很可能是在宇宙早期由超大气体云直接坍缩形成的，不需要经过先形成恒星再等恒星爆炸的中间过程
对于早期宇宙中的超大质量黑洞的形成，现今存在着两大理论。其一认为，它们是从百倍于太阳质量的恒星所形成的黑洞基础上成长起来的。这样的黑洞种子通过与其它黑洞融合，和吸取周围气体逐渐变大。但是，黑洞以这种方式成长速度不够快，不足以解释为什么在宇宙仅有十亿岁时，就已经出现了超大质量黑洞。
此次新发现，则支持了另一种推测。也就是说，大质量气体云可以直接坍缩为最早的大质量黑洞，形成这些质量为太阳10万倍的黑洞种子。黑洞若以这种方式成长，那就是跳跃式的，变大要快很多。也就是说，这些黑洞很可能在一开始形成的时候就很大，然后再以正常的速度生长;而不是一开始很小，再以非常快的速度生长。
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