既然黑洞不发光,那照片又是怎么拍摄到的?

既然黑洞不发光,那照片又是怎么拍摄到的?

首页休闲益智倾斜与黑洞更新时间:2024-08-02

众所周知,黑洞正是因为不发光而得以“黑”的。黑洞的逃逸速度大于光速,因而事件视界内的辐射无法逃脱。因此照片中央出现了黑色的阴影,倘若我们真的能看见黑洞,就会是那个阴影的样子。

黑洞附近的关系可能从三四个方向过来,当然取决于你怎么数了。

一开始,径直落入黑洞的物质受到黑洞巨大引力的撕扯与肆虐,咯黑洞越近,这种效果越明显,物质会变得极度炽热并在所有波段的光谱中发出辐射。为了逃脱黑洞的引力井,辐射会发生引力红移,高频辐射的频率就会变低。

没有多少物质直接落入黑洞,大多数物质都斜着错过去,并进入围绕黑洞的轨道,形成吸积盘:

积累了足够多的物质后,摩擦愈演愈烈,气体与尘埃被加热而开始发光。摩擦同时减慢了物质的运动速度,使它们落入黑洞,并变得更加灼热与明亮。这就是黑洞发光(准确的说,是黑洞周围的一圈结构)的另一个原因。

另一些物质本应落入黑洞,但是它不仅错过了黑洞,而且速度太快,无法维持轨道或者被黑洞吞噬,就会这样:

物质受到重力场作用而不断加速,被加热后,物质在事件视界之上呼啸而过,并沿着黑洞的自转轴喷薄而出,形成天文物理学上所说的喷射流。喷射流实际上是速度飞快的等离子体,可以发出包括x射线,伽马射线在内的各种辐射。

并不是所有的黑洞都同时具备以上特征;这取决于靠近黑洞的物质有多少,以及物质的运行速度。以黑洞作为伴星的双星系统中,黑洞可以不断吞噬伴星,并具备上述的一切特征。四处游荡的独立黑洞可能拥有稀薄缥缈的吸积盘,几乎不发出辐射,只有当一小坨物质落入的时候才会发光。

看见来自黑洞的光最后一种方法是引力透镜,当然不是特别重要。

光会受到引力影响,黑洞不仅会阻止光线从它表面逃脱,也会扭曲遥远天体发出的光线。

在以上情况中,一个恒星构成的星团扭曲了遥远星系发出的光,从地球上观察,就是这个样子:

在黄色星团周围的蓝圈,就是因星团的“引力透镜”而被严重扭曲,并被弯曲成圆弧形的遥远星系图像。

同样,黑洞也会弯曲背景恒星与吸积盘的光,看起来像这样:

在与屏幕平行的平面内有一个光环,实际上是与观察者视线平行的平面上,吸积盘被扭曲的图像。吸积盘本身是平坦的,但是黑洞后方的吸积盘发出的光受到黑洞弯曲,光线并不是向上发出,而是直冲摄像机镜头而来,看起来就像吸积盘弯曲了。

我可不是专家,但是在我看来,事件视界望远镜拍摄的是吸积盘的俯视图,因此没有光束与乱七八糟的扭曲,就是一个圆环。

最后值得一提的是,严格来说,M87的这个黑洞根本不是可见光图像,而是射电波段的伪彩色图像,以便让我们的肉眼凡胎看起来有意义。

负责收集数据,绘制图像的事件视界望远镜如下:

位于阿塔卡马沙漠,内华达山脉,北极圈,南极洲等地的各个望远镜拍摄的数据经过整合加工,成为了本篇文章的第一张图。

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