重大發現, 天文學家第一次發現黑洞吃掉中子星, 愛因斯坦又對了

黑洞會吞噬星系,這個說法不知道有人聽說過嗎?

在宇宙中,黑洞一直都是一個神秘的存在,它不像其他天體那樣可以直接觀測,只能用間接的方式(恆星或者星際雲氣團在宇宙中繞行的軌跡)算出它的位置和質量,並且其的密度和引力都相當大,可以吞噬一切。

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愛因斯坦曾經提出的廣義相對論中,有關於引力產生的觀點,認為宇宙中存在的物質會將時空壓彎,出現“引力波”。而時空彎曲現象的曲線弧度大小差異正是由物質質量來決定的,萬有引力正是時空彎曲的具體表現。

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天文學家發現黑洞和中子星發生了超越世紀性的“大會面”,只是黑洞有些太不客氣,直接“吃掉了”中子星,併產生了引力波。這又進一步證明了相對論的正確性。

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時空彎曲和萬有引力‍

牛頓根據物質運動規律提出“萬有引力”的觀點,認為所有物質本身都具有引力,並且引力大小和物質質量掛鉤(F=GMm/r)。

具體的原理就是指任何物質都有引力,只存在引力大小的分別。質量大的物體引力越大,所以引力小的物質會被引力大的物質所影響並向其靠近,就有了所謂的“墜落”,比如蘋果落地。

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宇宙速度就是這麼算出來的,根據不同天體的質量大小計算其引力作用,可以計算出衛星繞行速度(地球衛星)、脫離速度(睜開地球引力的宇宙飛船)和逃逸速度(逃離太陽引力的人造天體)。

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在牛頓的“萬有引力”基礎之上,愛因斯坦將引力的來源提出了假設,認為是天體的質量造成了時空擾動,將質量小的天體引到了自己周圍,而小的天體之所以沒有直接奔向質量大的天體,也是因為產生一定平衡的質量差。他將這種情況解釋為“時空彎曲”效應。

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同樣的,天體的質量越大,時空彎曲的程度也就越大,所體現出來的“引力”也就越明顯。

個人為了方便理解,認為時空彎曲差異可以看作是一個大人共和小朋友玩蹦床,質量大的大人在蹦床上運動的時候所形成的凹陷大於小朋友運動時所形成的,兩個人一起運動的時候,小朋友就會向大人所造成的凹陷移動,而這個蹦床上的凹陷就類似於時空彎曲。那這個跟“黑洞”又有什麼關係呢?

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黑洞‍

黑洞(Black Hole)是現代廣義相對論中存在於宇宙空間中的一種天體。引力極其強大,使得視界內的逃逸速度大於光速。故而,“黑洞是時空曲率大到光都無法從其事件視界逃脫的天體”。

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“黑洞”這個名稱最早並不是來源於愛因斯坦,他只是在自己的廣義相對論中提出了一個大致的概念性理論。

在這裡我們可以做一個簡單闡述,當一顆恆星的壽命走向盡頭之際產生崩潰,將會向自己的中心靠攏塌縮,成為一個密度極大的天體。同時,其也壓縮了本身內部的時間和空間,並且這個塌縮的過程會因為本身重力質量而一直持續下去,最後形成可以吞噬附近一切物質(包括光)的“不可思議的天體”。後來根據這個的理論,美國的物理學家惠勒將其命名為“黑洞”。

這個天體因為自身的質量相當龐大,本身在時空彎曲的影響程度上就已經非常明顯,再加上不斷吞噬塌縮的加大自己的質量和密度,其引起的時空彎曲程度更甚,產生的引力也就更大。只是在早期,人們一直沒有檢測到引力波的存在。

中子星‍

中子星(neutron star)是除黑洞外密度最大的星體。是恆星末期重力崩潰後因為自身的質量沒有達到可以形成黑洞的標準,於是只能在生命終結時塌縮成一種介於白矮星和黑洞之間的星體。

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如果說黑洞引起的時空彎曲率已經超過了光速,那麼中子星的逃逸速度也還只有光速的一半。也就是說,無論中子星怎麼使勁兒跑,最後還是逃不過黑洞的吞噬。真·宇宙版·“它逃、它追,它插翅難飛”。

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直到近年,天文學家在《天體物理學雜誌快報》上表明瞭在宇宙中新的發現,他們第一次觀測到了黑洞吞噬中子星而出現的引力波震撼,愛因斯坦的黑洞理論再一次被驗證。具體是怎麼樣的呢?

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吞噬‍

天文學家根據引力波探測器發現了強烈的引力波訊號,剛開始,他們只觀測到引力波的訊號是來源於9億光年之外的宇宙深處,證明這次“碰撞”已經過去了9億年。而後又在10天過後再一次觀測到了比前一次再遠1億光年的同樣的引力波訊號。

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根據後期的觀測,天文學家企圖在這個位置發現天體碰撞後產生的電磁訊號的蹤跡,最後卻失望而歸。

這就說明此次引力波的產生並不是尋常的“碰撞”,而是被“吞噬”。也就是說,黑洞將中子星拉到了自己的引力範圍,或者說是中子星沒能逃出黑洞的引力被“吃掉了”。

因此在吞噬的過程中產生了強大的引力波動,而黑洞和中子星的質量又都相當龐大,就像是兩個高手對戰,周圍的空氣都會被牽動,這股引力波就傳遞到了數億光年之外的地球。

這兩次中子星撞擊黑洞事件剛好填補了科學界對黑洞觀測方面的空白領域,能夠幫助人類研究宇宙天體形成和滅亡。

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天體之間的碰撞事件所體現出來的是物理知識真的挺強的。突然就覺得,遠在數百年之前,愛因斯坦在沒有觀測結果時提出的相對論觀點真的挺神奇?觀點多有不足之處,歡迎各位讀者一起討論。

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