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以“超级闪射”见证黑洞的诞生

2019-10-21来源:梦想吧创客娱乐

当一个大质量恒星耗尽自身的燃料,产生气体压力的内部热核反应停止下来,恒星在自身强大的引力作用下开始向内坍塌,崩塌的恒星最终形成黑洞。黑洞是宇宙最密实的物体,甚至逃逸速度最大的光子也无法摆脱黑洞引力的吸附。加州理工学院的一位天体物理学家经过分析发现,死亡恒星在黑洞形成的“一瞬间”能够产生一种十分明显的闪耀,天文学家有机会见证黑洞的诞生过程。死亡恒星在形成黑洞之时释放了强烈而短暂的闪光,人们可以将这种自然现象理解为“回光返照”,心理学家相信,人在死亡之前可能看见一道美好的“光芒”,生命最后的“闪光”和死亡恒星最后的“闪射”有某种相似之处。

以“超级闪射”见证黑洞的诞生

加州理工学院的博士后托尼·皮罗在《天体物理学杂志通讯》的文章中详在细描述了在黑洞形成前突现的闪射信号。形成黑洞的大质量恒星在死亡中产生了伽玛射线暴,它是宇宙最具威力的爆发现象之一,伽玛射线暴可能十分罕见,它的发生需要独特的条件,大多数普通黑洞并不按照伽玛射线暴的方式产生,即使没有伽玛射线的强烈爆发,或光的极强闪射,“垂死挣扎”的大质量恒星也能形成黑洞,死亡恒星似乎从太空消失了,偌大的恒星在爆发后变得无影无踪。皮罗对死亡恒星“音讯全无”地离去持怀疑态度,也许黑洞形成的理论假说不够完善。人类的科学假说往往有两面性,一方面,人类想象比自然发生的现象更为丰富,人们在经验的基础上构造概念和定义、进行归纳和演绎推理;另一方面,人类想象比起自然发生的现象更为贫乏。

以“超级闪射”见证黑洞的诞生

按照现有天体物理学的理论阐述,当大质量的恒星走向死亡时,它的核心区在自身引力作用下开始塌陷,质子和电子在强烈挤压下结合为中子,核心区变成了极度致密的球体,事实上变成了一颗中子星,它的密度相当于一个太阳质量的恒星被挤压成一个半径大约为10公里(6英里)的球状物体,中子星球体在几秒之内进一步塌缩成一个黑洞。在死亡恒星塌缩为中子星的过程中产生了一种中微子粒子,它能穿越所有物质的阻隔,几乎以光速冲出核心区的束缚,中微子携带了大量能量,核心区能量、或质量的损失相当于恒星质量的十分之一。质能方程式E将能量和质量看成是物质存在的两种形态。

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德米特里·纳徳辛在1980年发表一篇鲜为人知的论文,这位俄罗斯阿克哈罗夫研究所的理论和实验物理学家指出,垂死的恒星快速地失去质量,这意味着恒星引力强度的陡然下降,核心区形成的中子星被外层的氢气物质包裹,以氢气为主的物质在恒星引力下降时会向外猛冲,产生了剧烈振动的激波,它穿越核心区外层的冲击速度达到了大约每秒1000公里、或每小时200多万英里。加州大学圣克鲁兹分校的两位天文学家伊丽莎白·罗夫格罗斯和斯坦·伍斯开发了一套计算机模拟技术,他们最近发现,当激波冲击死亡恒星外层的气态物质时,它将对外层的气体物质产生加热作用,气体物质在高温条件下发出光的闪耀,可以持续大约一年的时间,作为一种潜在的闪射信号,它们预示了一个黑洞诞生的前景,闪光的亮度大约为太阳的100万倍,这种亮度相对来说十分昏暗,即使闪光出现在接近银河系的地方,天文学家观测的难度也很大。

以“超级闪射”见证黑洞的诞生

加州理工的皮罗找到了一种更有研究价值的闪光信号,他在最近的研究中更为细节地审视了激波冲击恒星表面气体层的情形,在激波增强的效应下,闪射的光度应该比由格罗夫罗夫和伍斯利在1980年论文中预测的值要大10到100倍,由激波触发的闪亮应该更加强烈,这为天文学家实际的观测提供了可能的机会。与超新星暴的闪亮相比,在黑洞诞生时刻产生的强烈闪射显得“昏暗无比”。尽管诞生黑洞的闪射达不到超新星暴的亮度,然而它的亮度对于观测而言已经足够,天文学家可以观测到邻近星系发出的闪射,这种闪射在衰退之前有3到10天的持续期,十分明亮的光线位于可见光的波段,而最亮的光线位于紫外线的波段。天文学预计平均每年能够看到一次与黑洞形成有关的闪射事件,加州理工学院的帕洛玛瞬变天象探测工厂(PTF)用于对超新星暴信号的捕获,它同样适合于对闪射光源的观测,中级版的帕洛玛瞬变天象探测工厂(IPTF)对探测器进行了改进,它在今年的2月份投入运行。

以“超级闪射”见证黑洞的诞生

目前没有观测到与黑洞形成有关时闪射事件,有些研究人员怀疑它们的存在,产生了一些焦虑情绪,然而,闪射事件的理论基础十分牢固,天文学家能够设计仪器,调整观测的方法,他们在不久的将来可能见证一个黑洞的诞生。2015年,下一代PTF、或兹维基瞬变现象观测工场(ZTF)将要发射升空,它拥有更高的灵敏性,将发现闪射现象的机会提高了几倍。除了加州理工学院的瞬变光线探测器以外,科学家在未来的10年将会研制和使用大型综合巡天望远镜(LSST),对整个天域进行大规模的观测,如果LSST不能定期地观测到闪射事件,那么这只有两种可能:或者与黑洞形成有关的闪射理论模型有偏差,或者黑洞形成的数量比人们想象的更加稀少。

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(编译:2013-5-5)

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