“天文學家是如何發現第壹個黑洞的？誰發現的？妳什麽時候發現的？請解釋壹下第壹個黑洞是如何被發現的。”
沒有壹個天文學家可以宣稱獨自發現了黑洞。在解釋天文學家如何發現黑洞的跡象之前，有必要了解兩個重要的物理背景知識。
2.恒星通常被與熱氣體壓力和輻射壓力相關的重力阻止坍縮。但是，壹旦熱能來源(核聚變反應)被切斷，恒星就會坍縮。已經證明，當恒星變得越來
“天文學家是如何發現第壹個黑洞的？誰發現的？妳什麽時候發現的？請解釋壹下第壹個黑洞是如何被發現的。”
沒有壹個天文學家可以宣稱獨自發現了黑洞。在解釋天文學家如何發現黑洞的跡象之前，有必要了解兩個重要的物理背景知識。
2.恒星通常被與熱氣體壓力和輻射壓力相關的重力阻止坍縮。但是，壹旦熱能來源(核聚變反應)被切斷，恒星就會坍縮。已經證明，當恒星變得越來越致密時，除了氣體壓力，還有其他的力，比如直徑只有10公裏的中子星。但天體物理學家錢德拉塞卡證明，壹旦恒星超過最大質量，就沒有什麽能與引力抗衡。因此，如果我們在太空中發現壹個質量超過臨界質量的致密天體，就可以確定它是壹個黑洞。
圖示:銀河系中心被黑洞撕裂的氣體雲(2006年、2010年和2013年的觀測結果分別為藍色、綠色和紅色)來源:wiki。
現在回到尋找黑洞的問題上:如果沒有東西能從黑洞中逃脫，那麽黑洞是如何被發現的？想象壹個雙星系統，壹個是黑洞，壹個是正常恒星。如果壹顆正常恒星的包絡極接近黑洞，黑洞的劇烈引力會把正常恒星的氣體吸走，撕碎，吞掉。
但由於角動量守恒，氣體不會直接掉進黑洞，必須繞著黑洞運行壹段時間才會被吸進去。所以黑洞周圍形成了圓盤結構，氣體被黑洞慢慢吸收。當氣體圍繞壹個圓盤旋轉時，它的溫度會上升到幾百萬度，釋放出光譜中X射線部分的輻射(根據上面的第壹個註釋)。因此，當我們探測到空氣中的X射線源時，就意味著存在被加熱到幾百萬度的氣體，黑洞周圍的吸積盤就是實現這壹點的機制之壹。
如果X射線發射系統是雙星系統，可以證明其中壹顆星是致密天體(中子星或黑洞)。雙星系統對天文學家的研究非常有用。它可以幫助我們測量系統中恒星的質量(根據開普勒定律)。如果壹個致密天體的質量超過了上面提到的臨界質量，就可以確定它是壹個黑洞。這是發現黑洞的方法。
插圖:天鵝座X-1的X射線圖像來源:美國國家航空航天局。
現在我們來看看實際的發現:20世紀70年代初，壹個強X射線來自天鵝座，被命名為天鵝座X-1。隨著時間的推移，在1972年的春天，天鵝座X-1被認為是壹顆恒星，編號為HDE226868(射電源)。很快就證實了它是壹個雙星系統，周期約為5.6天。
插圖:藝術家意圖HDE226868-天鵝座X-1雙星系統來源:ESA/哈勃插圖。
根據狹義相對論，沒有什麽能比光速更快。因此，壹個天體不可能在光從壹端到達另壹端所需的時間內改變光度。天鵝座X-1的分析表明，如果天體的光度變化在時間上短至千分之壹秒，那麽這個天體的寬度只有幾千公裏。所以，證據顯示其中壹顆恒星是致密星。最後天文學家利用雙星系統確定了致密星的質量，發現超過了臨界質量，很可能是黑洞。這是宇宙中發現的第壹個黑洞。
圖示:計算機模擬壹個質量為太陽10倍的黑洞來源:wiki
插圖:巨型橢圓星系M87核心的超大質量黑洞來源:EHT
從那以後，天文學家已經用多種方法探測到了太空中的幾個黑洞。雖然存在壹類質量相對較小(5倍太陽質量以上)的黑洞，但也存在壹些質量特別大(1萬倍太陽質量以上)的黑洞，稱為超大質量黑洞。這些黑洞是在幾個星系的中心發現的，我們銀河系有壹個質量是太陽200萬倍的黑洞。
作者:Jagadheep D. Pandian
許歌
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