银河快报

我家门口有个黑洞,聊聊银河系那位安静的邻居

说起来你可能不信,银河系的正中央,住着一个脾气有点古怪的家伙,它叫人马座A*,一个听着像星座占卜名字的超大质量黑洞,我第一次知道它的时候,脑海里浮现的画面特别中二——一个巨大的漩涡,正贪婪地吞噬着周围一切,但后来发现,事情好像比我想的复杂,也有趣得多。

我家门口有个黑洞,聊聊银河系那位安静的邻居

我们怎么知道那儿有个黑洞?

仰望夜空时,我总在想,银河系那个最热闹的核球地带,到底藏着什么,我们和人马座A*之间隔着大约26,000光年的距离,厚厚的星际尘埃像毛玻璃一样挡住了可见光,天文学家们不是“看”到它的,而是“听”到的,他们用的是可以穿透尘埃的红外线和射电波段的望远镜。

真正让科学家们惊掉下巴的,是花了十几年时间追踪银河系中心几颗恒星的运动轨迹,特别是代号为S2的恒星,它和我们太阳系的行星一样,也规规矩矩地绕着中心公转,但它的轨道疯狂多了,2002年,它飞掠过一个看不见的中心点时,速度飙到了每小时1800万公里,能产生这种极端引力又不发光的,只能是密度大到不可思议的黑洞,这个发现,后来也让两位科学家拿到了2020年的诺贝尔物理学奖。

这个黑洞到底有多大?

别被“超大质量”这个词吓到,其实这家伙在它那个圈子里算挺佛系的,我找了些数据,把它和咱们更容易感知的东西比较一下,你感受感受:

特性 人马座A* 打个比方
质量 约太阳质量的430万倍 相当于把整个上海的体重装进一个城市大小的空间
事件视界直径 约2400万公里 比水星绕太阳的轨道还小一圈
吸积率 极低,目前处于“饥饿”状态 像一个每秒钟只吃一粒米的超级大胃王

对,你没看错,它现在的胃口非常差,相比于那些在遥远宇宙深处疯狂进食、发出类星体强光的黑洞,人马座A*更像一个躺在沙发上打盹的巨兽,它周围的气体物质并没有一股脑儿掉进去,所以它大部分时间都安安静静的,没有剧烈的喷流和辐射,这也许是我们的幸运,想象一下,如果银河系中心有个脾气火爆的黑洞,地球恐怕就不是现在这个样子了。

我家门口有个黑洞,聊聊银河系那位安静的邻居

那张糊糊的“甜甜圈”照片,到底拍了啥

2022年,事件视界望远镜(事件视界望远镜)公布了人马座A*的第一张照片,很多朋友看到后非常失望:"就这?一个发光的甜甜圈?" 这张照片的珍贵程度,怎么说呢,就相当于你站在纽约的时代广场,用手机清晰地拍到了洛杉矶路边的一粒盐。

照片里那个橘黄色的光环,是黑洞周围被引力透镜效应扭曲的吸积流的辐射,中间的暗影就是黑洞的事件视界——物理学的“有去无回”区,这张照片的出现,让我们第一次真正"看"到了广义相对论预言的那个奇点存在的铁证。

银河系中心的奇奇怪怪居民们

人马座A*只是银河系中心的主角之一,如果哪天我们能去那里郊游,会看到一个非常魔幻的天体动物园:

  • S星团:那群绕黑洞疯跑的恒星,轨道交错复杂,像是一群不要命的极限运动爱好者。
  • G天体:长得像气体云,但又具备恒星的质量,绕黑洞时会被潮汐力拉长,像个六亲不认的“面团”。
  • 费米气泡:巨大的伽马射线泡,从银河系中心向上下延伸数万光年,仿佛黑洞很久以前打的两个巨大的嗝,这个古老的嗝,说明它过去也曾活跃过,也许是在几百万年前吞噬了一大团物质。

说到这,可能有人会问:它离我们这么远,研究它到底有什么用?除了满足好奇心,其实它就是我们理解极端物理规律的天然实验室,引力在黑洞边缘变得极其奇怪,时间和空间完全搅在一起,通过观察人马座A*,我们就能验证爱因斯坦的理论究竟坚固到什么程度,再往大了说,几乎所有大型星系的中心,都蹲着一个这样的超级质量黑洞,它们怎么长大、怎么反馈能量,其实左右着整个星系的演化,搞清楚我们家门口的这一个,就等于拿到了一把理解宇宙大尺度结构的钥匙。

有时候夜深人静,我会关掉灯,想想这个画面:我们这座由千亿颗恒星组成的银河系小岛,正带着我们,以每秒220公里的速度,围着那个巨大的、安静的黑暗之心旋转,我们感受不到任何晃动,一切都是那么平静,但就在那个方向,在太阳落下的地方,在人马座的群星背后,那个沉默的巨兽,正用它强大的引力,轻轻地、缰绳般牵动着星系里的一切,包括我们,这种感觉,还真有点奇妙。

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