看两颗黑洞在苍穹间共舞,着实的壮观

 天顺注册招商   2021-05-04 07:53   5 人阅读  0 条评论
原标题:看两颗黑洞在苍穹间共舞,着实的壮观

NASA公开了一个很酷的可视化图像,展示了两个巨大的黑洞在令人眩晕的光芒中互相围绕对方旋转。巨大的引力和其他现象促成了这个迷人的展现。看看这儿。

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黑洞是宇宙中最迷人而复杂的现象。黑洞的引力大到光都无法逃脱。黑洞多种多样,在2021年4月NASA公布了一组关于双黑洞的可视化图像。两个黑洞沿着重力中心的轨道互相围绕旋转,跳了一曲宇宙舞。可视化图像中展示的这两个黑洞比太阳的质量还要大上百万倍。每个黑洞都被吸积盘——一种由炙热气体组成的圆盘环绕着。在图像中,黑洞的引力使从他们各自的吸积盘发出的光扭曲,创造了一场美丽的光影秀。其他的相对现象也为这场光影秀做出了贡献。

这是怎么发生的?

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当你从轨道平面观察的视线与自转轴垂直,他们就会呈现一个双重膨胀的效果,令人想到从边缘,环平面上下观察土星。一个平的圆盘,顶部与底部皆有巨大隆起。

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两个围绕对方旋转的黑洞的可视化图像。有着红色堆积层圆盘的更突出的那个的质量是太阳质量的两千万倍,它的引力大到它身后小一点的黑洞的吸积盘散发的光都被扭曲。它的色彩受温度影响,蓝色的吸积盘更热,红色的更冷。图源:NASA/ Goddard Space Flight Center/ Jeremy Schnittman/ Brian P. Powell.

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这是两个黑洞以及其吸积盘的正面俯视图。较大的黑洞小且扭曲的边界出现在较小的黑洞附近,较小的黑洞类似图像出现在较大的黑洞的内光环附近。实际上,我们同时从侧面和上方都看到了两个黑洞。 图片来自美国宇航局/戈达德太空飞行中心/杰里米·史尼特曼/布莱恩·鲍威尔。

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当一个黑洞经过另一个黑洞面前时,以我们的视角来看,距我们更近的黑洞的强烈引力使位于后方的黑洞散发出的光线扭曲。随着它们的移动,会产生一系列迅速变换的彩色弧线。两个黑洞所发出的光线都被其周围的扭曲结构的时空所改变。

这一现象的发现者、NASA戈达德航天中心的一名天体物理学家Jeremy Schnittman说:

我们目睹到两个超级黑洞,其中较大的有两亿个太阳那么重,而较小的质量是它的一半。这是一种黑洞双子系统,我们认为这两个黑洞都可以维持数百万年的吸积盘。

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在这个视角中,来自吸积盘的光是明亮的蓝色或红色。这使它们更容易被辨别出,但也描绘了每个吸积盘的不同温度。温度较高的气体是蓝色,而较低的是红色。两个吸积盘中的大部分光线是通过紫外线部分发射的电磁频谱,而不是在可视光下。

更强的引力作用通常也会产生更高的温度,所以吸积盘在一种视角下会显得更明亮(最靠近各自孔洞的一边)。这是由于重力扭曲了来自吸积盘不同部分的光线。多普勒增强效应,通常也被称为相对论光束,在光线亮度的变化上也起着重要作用:在黑洞周围移动地更快的气体会影响吸积盘的亮度,因此朝向观察者旋转的一侧看起来更亮,而远离观察者旋转的一侧看起来更暗。

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Jeremy Schnittman发现了两个黑洞互相围绕着运行的神奇现象,他是NASA戈达德航天中心的一名天体物理学家。图源:NASA/GSFC

另一个促成这幅图像的现象是相对论畸变,即当黑洞向观测者方向运动时,会显得较小,而向远离观测者方向运动时,会显得较大。这听起来有点反直觉,但自然界就是这么奇特。

如果从上方而不是侧面看一个黑洞,会发生什么?

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上述那些古怪的视觉效果消失了,而新的奇异现象出现了。每个黑洞都会制造出一个绕其运行的另一个黑洞的形象的小号复制品,有点像从一颗恒星正上方看到的绕其运行的行星。但这个小号复制品的影像展示的却是其伙伴黑洞的侧面像(就是我们之前从侧面看到的那样)而不是从上方看到的样子。怎么会这样?其原理是从黑洞吸积盘上发出的光被引力弯曲了90度。这意味着我们可以同时看到主黑洞吸积盘的上视图以及其伙伴黑洞的稍小的侧视图。怎么会怎么怪异?Schnittman说:

这幅新图像的一个突出的特点就是它与通过引力透镜拍摄的照片的相似性。放大每一个黑洞的图像都能看出其伙伴黑洞多重的、越来越扭曲的影像。

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研究人员利用位于NASA气候模拟中心的“发现”号超算创作了这幅图像。使用常见的桌面电脑,这大约要花10年时间,而使用“发现”号超算,尽管只使用了其12万9千颗核心处理器的2%,也只用了一天时间就完成了。

其成果即你现在看到的这个双黑洞起舞的影像。

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这是有史以来第一张直接成像的黑洞图像,由科学家于2019年四月公布。这张图像展示了在黑洞周围高强度引力作用下发生弯曲的光形成的明亮的环,该黑洞质量大概是太阳质量的65亿倍。这个黑洞位于M87星系中央,距地球5500万光年。图源:事件视界望远镜合作组织。

2019年4月,天文学家拍摄了第一张直接成像的黑洞图像。其中的亮环是光在黑洞巨大引力作用下发生了弯曲产生的。这个黑洞位于M87星系中央,质量大概是太阳质量的65亿倍。显示了此黑洞磁场的升级版照片,几周前也被公布。

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总结:NASA公开了一个很酷的可视化图像,展示了两个巨型黑洞在其吸积盘产生的令人眩晕的光芒中互相围绕对方旋转。

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