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银河系中心的黑暗:黑洞吞噬恒星

2017-07-19  点击:次  故事屋

幸运的是,许多技术正在帮助天文学家做到这一点。同时,这些技术还可以帮助我们实现一个更远大的愿望——对爱因斯坦的广义相对论进行检验。广义相对论已经在行星、恒星和星系附近被验证了,每次它都以优异的成绩通过了测试。但至今它还没有在黑洞的极端引力场中被检验过,那里的空间和时间都遭到了极强的扭曲。天文学家希望能通过观测物质究竟是如何落入黑洞的,来判断黑洞是否真的如广义相对论描绘的那样。

到目前为止,最有前景的技术是甚长基线干涉测量(VLBI),它综合了世界各地射电望远镜接收到的信号,模拟出一个犹如地球一样大的天线。这个虚拟天线可以分辨出天体的微小细节,但即便如此,它还没有强大到能识别出超大质量黑洞最显著的特征——事件视界。

视界是下落物体一去不复返的地方,它的直径约1500万千米,相当于地球到太阳距离的1%——这个距离在天文上根本微不足道。即使是迄今最好的人马座A*的图像,仍然只能达到其1/3的清晰度。这相当于在纽约辨认柏林的一枚银币上的日期。

不过,有一个办法可以提高VLBI的分辨率,那就是观测比现今所用厘米波波长更短的波段,即在1.3毫米甚至0.87毫米的波长上来观测。这项技术应该能让我们看到人马座A*的视界附近正在发生的事情。

即便如此,事情也不会这么容易。我们试图观测的射电波是由盘旋着掉入超大质量黑洞的电离气体发射出来的。为了在这个黑洞附近检验广义相对论,我们不得不先用计算机模拟螺旋运动的气体,预测它的射电辐射,并与观测结果相比较。VLBI是一种很有前途的技术,但它无法给我们提供一个干净的信号,这是它恼人的地方。

其他天文学家则发现了一条更干净地探测人马座A*的途径:观测围绕它公转的单颗恒星。他们已经观测了距离银河系中心100光天范围内的20颗极为明亮的恒星的轨道。其中有一颗恒星特别突出,它被称为S2,质量是太阳的20倍。S2是唯一被观测到的已经围绕银河系中心公转一周的恒星,它花了15年的时间完成这一旅程。由此,天文学家计算出银河系中央超大质量黑洞的质量是太阳的430万倍,略高于原先的估计。

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