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科学家构建“事件视界”望远镜洞察黑洞行为

尽管科学家们猜测一个巨大的黑洞正潜伏在我们银河系的中心,他们仍然不能肯定黑洞能够解释在那里观察到的奇特行为。现在研究人员们能够有史以来的更近距离的观测这一区域而且探索其中的物理现象,而且有可能阐明广义相对论和量子力学之间的巨大矛盾。

科学家构建“事件视界”望远镜洞察黑洞行为

 

 

科学家认为热离子漩涡所包裹的黑洞存在于我们银河系的中心

天文学家们在银河系的中心区域观察到一些古怪的事情。比如说,大约一打恒星看起来正围绕某一无形的物体运行。科学家们已经发现一颗恒星正以难以想象的速度围绕看不到的物体进行为期16年的轨道运行,速度达到了每秒约3000英里(5000公里)。相比之下,太阳在太空中的速度只有137英里每秒(220公里)。

根据运动定律,这些群星的轨道应当是由在银河系中心的某一巨大物体的引力引起的。但是天文望远镜在那里什么都没发现。哈佛-史密松森天体物理中心的天体物理学家马克-里德在最近举行的2012年4月份美国物理学会上说到:“重要的是那些所有的轨道都有一个共同的中心,在宇宙中有一点存在,而且在这个方向上的图像上你看不到任何东西。”

所有的这些都发生在一个相对于银河系来说非常狭小的区域,宽度大约是地球和太阳距离的100倍。无论如何有非常虚弱的无线电波从这一区域发射出来,科学家们称之为人马座A星。通过与太阳在银河系中的运动相对比,研究人员们已经能够确定这一物体几乎不移动,速度低于每秒1公里(0.62英里),甚至比地球围绕太阳的转速都要低得多。

如果人马座A星是中等质量的物体,它很可能将被临近物体的引力所拉动从而做出某些运动。里德谈及这个物体的表面静止问题时说:“发生这种情况的唯一解释就是人马座A星被一个非常巨大的物体所束缚。当你进行分析的时候,你会得到一个四百万太阳质量的下限。”

黑洞的密度限制

天文学家们不能够精确的观察银河系中心来精确测量人马座A星多么巨大,但是他们能够肯定的说它的半径大约只有地球太阳间距的十分之二。这就意味着在银河系的中心,相当于大约四百万倍的太阳质量的某种物体坐落在这一足以放下水星轨道的区域中,而且基本上是无形的,比它周围任何的轨道星体发出的光都要弱。

那使得这一物体的密度只有一个黑洞理论限制的八分之一。因此目前科学家无法肯定的说这一物体就是一个黑洞,它看起来很像。里德说:“尽管已经有了二选一的解释,它们事实上比宇宙中的超大质量黑洞要古怪的多,而且超大质量黑洞机会已经确定是存在的。”另外一个奇特的解释是那里存在一个由未知种类的重费米子微粒组成的球体。但是即使存在这样一个球体,也不可能有那样的密度来解释所有的迹象。

近距离观察

为了最终解决这一谜题,天文学家们渴望直接拍摄到银河系的中心。这一区域不仅遥远昏暗而且由于它和地球之间存在的尘埃而很难观察到。科学家们最近开始了一个名为视界望远镜的项目。这个仪器将整合世界上的许多射电天文台,把它们转变成为能够精确测量的干涉仪,最终的分辨率将足以区分出天马座A星。

目前为止,视界望远镜项目只整合了三个天文台,夏威夷、加利福尼亚和亚利桑那州,观察时间也达到了15到20个小时。但是天文学家们希望很快能增加更多的观察点和观察时间。加拿大滑铁卢大学和圆周理论物理研究所的艾弗里-布拉得里克说:“视界望远镜不是一个梦想,它不是处于设计阶段,而是正在进行的项目。”

测验广义相对论

黑洞跨越了物理学上两个最成功的理论,一个描述的领域很大而另一个描述的则很小。黑洞引用了大量的爱因斯坦的广义相对论,这个理论描述了质量如何扭曲空间和时间构造来产生引力。但是对于黑洞非常小的空间维度的一项说明同样需要涉及量子力学。因此量子力学和广义相对论是矛盾的。

尽管视界望远镜目前只获得了初始数据,布拉得里克和他的同事们已经借助这些数据来测试广义相对论的空间和时间预测。布拉得里克说:“即使有今天的这些数据,我们能够确认天体物理学黑洞高阶构造有趣发现。我们基本上能够辨别广义相对论的偏差。广义相对论此刻仍然是安然无恙的,但是不会太久了。”

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