周三(4月10日),国际事件地平线望远镜项目将公布其拍摄黑洞图像计划的首批结果。但什么是事件视界呢?
黑洞的视界与物体的逃逸速度有关,逃逸速度是逃脱黑洞引力所需要的速度。一个人离黑洞越近,杏耀游戏玩家就越需要逃离巨大的引力。视界是黑洞周围逃逸速度超过光速的临界值。
根据爱因斯坦的狭义相对论,没有什么东西能比光速在太空中传播得更快。这意味着黑洞的视界基本上是没有东西可以返回的点。这个名字指的是不可能目睹任何发生在边界内的事件,也就是人们看不到的地平线。
哈佛大学天文学教授阿维·勒布在接受Space.com网站采访时表示:“视界是终极监狱墙——人可以进去,但永远出不来。”
当一件物品靠近视界时,目击者会看到该物品的图像由于重力的扭曲而变红或变暗。在事件视界,这幅图像将有效地褪色为不可见。
在视界内,人们会发现黑洞的奇点,之前的研究表明,该物体的所有质量都已坍缩到无限稠密的程度。这意味着奇点周围的空间和时间结构也被弯曲到了一个无限的程度,所以我们现在所知道的物理定律被打破了。
“视界保护我们不受奇点附近未知物理的影响,”Loeb说。
视界的大小取决于黑洞的质量。如果地球被压缩成一个黑洞,它的直径大约为0.69英寸(17.4毫米),比一角硬币略小;如果太阳被转换成一个黑洞,它将有3.62英里(5.84公里)宽,大约是一个村庄或城镇的大小。视界望远镜观测到的超大质量黑洞要大得多;人马座A *,在银河系的中心,太阳质量的430万倍,有一个直径约790万英里(1270万公里),而M87星系的核心处女座约60亿倍太阳质量,宽110亿英里(177亿公里)。
黑洞的引力大小取决于离它的距离——你离它越近,引力就越大。但是这种重力对访客的影响会因黑洞的质量而不同。例如,如果你落入一个相对较小的黑洞,其质量是太阳的几倍,你就会被拉离,并在一个被称为“意大利面”的过程中伸展开来,在你到达事件视界之前死亡。
然而,如果你坠入一个质量是太阳质量数百万到数十亿倍的超大质量黑洞,
杏耀的体会 ,你将不会“明显地感受到这种力量,”勒布说。你不会在穿越事件视界之前死于意大利面化(尽管在你到达那个点之前,围绕着这样一个黑洞的许多其他危险可能会杀了你)。
黑洞可能会旋转,因为它们的恒星通常也会旋转,而且它们吞下的物质在落入黑洞之前也会旋转。最近的发现表明黑洞的旋转速度可以超过光速的90%,Loeb说。
以前,黑洞最基本的模型假设它们不旋转,因此它们的奇点被假设为点。但由于黑洞通常会旋转,目前的模型表明它们的奇点是无限薄的环。这导致了旋转黑洞的视界,也被称为克尔黑洞,在两极被压扁,在赤道处膨胀。
旋转黑洞的视界分为外视界和内视界。这样一个物体的外部视界就像一个不返回点,就像一个不旋转黑洞的视界。旋转黑洞的内部视界,也被称为柯西视界,是比较奇怪的。过了这个门槛,“因”就不再必然先于“果”,“过去”也不再必然决定“未来”,“时间旅行”就有可能实现。(在一个非旋转黑洞中,也被称为史瓦西黑洞,内视界和外视界重合。)
一个旋转的黑洞也会迫使它周围的时空结构随之旋转,这种现象被称为“框架拖拽”或“伦斯-瑟林效应”。帧拖拽也可以在包括地球在内的其他大质量物体周围看到。
帧拖拽创造了一个宇宙漩涡,被称为ergosphere,它发生在一个旋转的黑洞的外视界。视界内的任何物体都被迫向黑洞旋转的方向移动。落入大气层的物质可以获得足够的速度逃离黑洞的引力,带走黑洞的部分能量。通过这种方式,黑洞可以对其周围环境产生强大的影响。
旋转还能使黑洞更有效地将落入其中的任何物质转化为能量。按照爱因斯坦著名的公式E = mc^2,一个不旋转的黑洞可以将一个正在下落的物体质量的5.7%转化为能量。相比之下,科学家已经确定,一个旋转的黑洞可以将一个物体质量的42%转化为能量。
“这对黑洞周围的环境有着重要的影响,”Loeb说。“几乎所有大型星系中心的超大质量黑洞所释放出的能量,都会对这些星系的演化产生重大影响。”
最近的工作极大地颠覆了黑洞的传统观点。2012年,物理学家们提出,任何落入黑洞的物体都可能在视界或视界附近遭遇“防火墙”,从而焚毁掉落入黑洞的物体。这是因为当粒子碰撞时,它们可以通过一种叫做“纠缠”的连接而隐形地连接起来,而黑洞可以打破这种连接,释放出难以置信的能量。
然而,其他试图将广义相对论(它可以解释重力的本质)与量子力学(它可以描述所有已知粒子的行为)结合起来的研究表明,防火墙可能不存在——因为事件视界本身可能不存在。一些物理学家认为,我们目前所认为的黑洞并不是什么都回不来的深渊,而是一系列像黑洞一样没有视界的物体,比如所谓的模糊球。
通过成像黑洞的边缘,事件视界望远镜可以帮助科学家分析事件视界的形状和行为。
“我们可以用这些图像来约束任何关于黑洞结构的理论,杏耀注册”Loeb说。“事实上,模糊球的推测——视界不是一个清晰的边界,而是相当模糊——可以用视界望远镜的图像来验证。”