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科学,黑洞|满怀期待，第一张黑洞视界照片！

我们从未见过黑洞视界的照片 。基于已知 ， 我们还有对照片有很多期望 。
几百年来 ， 物理学家们一直都在假设宇宙中应该有黑洞存在 。如果足够多的物质聚集到足够小的空间中 ， 引力就会强大到宇宙中没有任何粒子 ， 反粒子 ， 甚至连光都无法逃脱 。它们是根据牛顿和爱因斯坦的引力理论预测出的 ， 天体物理学家经过观察选中了许多物体 ， 它们被认为是潜在的黑洞 。
但我们以前从未见过视界:这是黑洞特有的特征 ， 是任何东西都无法逃脱的黑暗区域 。2019年4月10日 ， 视界望远镜合作项目将发布有史以来第一张视界图像 。在这一重大发现前夕 ， 我们的所知如下 。
科学,黑洞|满怀期待，第一张黑洞视界照片！
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银河系中心的黑洞 ， 以及白色所示视界的实际尺寸 。黑暗的视觉范围是视界本身大小的250-300% 。图源：UTE KRAUS, KRAUS物理教育集团, 希尔德斯海姆大学; 背景: AXEL MELLINGER
黑洞是我们宇宙中由于速度极限的存在而不可避免地结果 ， 至少理论上是这样 。爱因斯坦的广义相对论 ， 不仅将时空的结构与宇宙中存在的物质和能量联系起来 ， 也包含了物质和能量如何在时空中运动的内在关系 。你在空间中运动的越快 ， 时间的流动就越慢 ， 反之亦然 。
但空间中的运动与一个常数有关：光速 。在广义相对论中 ， 预测视界的物理尺寸 ， 也就是任何东西都无法逃脱区域的大小 ， 是由黑洞的质量和光速决定的 。如果光速更快或更慢 ， 视界的预测大小就会分别减小或增大 。如果光的速度无穷大 ， 那根本就不会存在视界 。
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LIGO和Virgo发现了新的黑洞群体 ， 它们的质量比之前用X射线研究发现黑洞的质量（紫色）要大得多 。图片展示了通过LIGO/Virgo探测到的全部十个确定的黑洞合并（蓝色） ， 以及观测到的中子星间的合并（橙色） 。LIGO/Virgo ， 随着灵敏度的提升 ， 从这个4月开始 ， 应该每周都能检测到多个合并 。图源：LIGO/VIRGO/西北大学/ FRANK ELAVSKY 。
【LIGO指Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory, 即激光干涉引力波观测台 。Virgo是一台由6个国家的20个实验室共同设计、建造和操作的引力波干涉仪 。】
从天体物理学的角度来看 ， 黑洞的形成非常容易 。单在我们的银河系中 ， 就应该有数以亿计的黑洞 。目前 ， 我们认为黑洞的形成机制有三种 ， 但可能有更多 。
1. 一颗大质量恒星的死亡 ， 它的核心比我们的太阳重得多 ， 富含重元素 ， 在自己的引力下坍缩 。当向外的压力不足以抵消向内的重力时 ， 内核会发生爆缩 。由此产生的超新星爆炸会在其中心产生黑洞 。
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哈勃望远镜拍摄的可视/近红外照片显示一颗大质量恒星 ， 大约是太阳质量的25倍 ， 几乎在眨眼间就消失了 ， 但并没有超新星产生 。直接坍缩是唯一合理的解释 。图源：美国宇航局/欧洲航天局/C. KOCHANEK (俄亥俄州立大学)
2.大量物质的直接坍塌 ， 这些物质可能来自恒星也可能来自气体云 。如果足够多的物质同时存在于空间的同一位置上 ， 就可以直接产生一个黑洞 ， 而不需要超新星或类似的灾变来触发它的产生 。
3. 两个中子恒星的碰撞 ， 这是除黑洞之外密度最大 ， 质量最大的物体 。如果通过吸积或者（更常见的）合并在其中一颗中子星上增加足够的重量 ， 就会产生黑洞 。


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