图像中右侧为可见光波段观测结果,数据源自SDSS项目,左侧则是射电波段观测结果,数据源自LOFAR。
可以看到,在中央位置上射电辐射的亮度非常高,显示这里便是驱动喷流的黑洞所在位置
这是LOFAR天线阵设备的一个站点,位于德国境内。整个系统包括德国境内的6个站点,以及荷兰境内的40个站点。
该设备的主要工作频率是在10~240 MHz
据物理学家组织网站报道,正如生物的共生现象相似,星系和它中央的黑洞之间存在着紧密联系,共同演化发展。
天文学家们对于这种共生关系目前仍然有很多地方不甚了解。
有一些黑洞处于活跃状态,不断吞噬物质。
这些下落的物质中有一部分并没有被吞入黑洞,而是被反弹回来,以一股细长的流体形式向外喷射,速度接近光速。
当这股喷流的速度逐渐减下来之后,它就会形成一个稀薄的巨大球体,其大小甚至足以放进一个星系。
这个巨大的"气泡"在可见光波段是看不到的,然而在射电波段却非常明显。
而最近由荷兰射电天文研究院(ASTRON)通过国际合作努力建成的LOFAR望远镜就非常适合观测这类低频率天体目标。
借助LOFAR望远镜在20~160MHz波段进行的观测,天文学家们已经构建了这种"气泡"迄今质量最佳的图像之一。
该项研究的论文第一作者弗朗西斯·加斯佩林(Francesco de Gasperin)表示:"这一结果非常重要。
它显示了LOFAR望远镜的巨大潜力,从而提供了确凿证据证明黑洞和其宿主星系以及周遭环境之间的相互关系。
"

这一图像是在LOFAR设备测试拍摄阶段获取的,其目标选取了巨型椭圆星系M87,一个位于室女座核心位置的星系成员。
M87的大小相当于银河系的2000倍,其核心拥有迄今人类已知质量最为巨大的黑洞,质量为太阳的60亿倍。
每一分钟这个黑洞都会吞噬与一个地球相当的物质,将其中一部分转化为辐射,而大部分变为超高速粒子喷流,而正是这一喷流结构产生了天文学家们所观测到的射电辐射。
荷兰内梅亨大学的海诺·法尔克(Heino Falcke)教授表示:"这是首次在如此低的频率上获得如此高质量的图像。
"

他说:"这是一项充满挑战性的观测,我们并未期望可以那么快,在LOFAR的测试阶段便获得如此美妙的结果。
"为了确定这一气泡结构的年龄,研究人员使用位于美国新墨西哥州的甚大天线阵(VLA)和位于德国波恩的100米射电望远镜在不同的频率上进行了观测。
结果是科学家们发现这一气泡的年龄年轻地让人吃惊,其形成距今仅有大约4000万年。
这一概念在宇宙尺度上几乎就是"刚才"。
在低频率波段进行的观测没有发现这一气泡结构层外侧存在遗迹辐射,这说明这一气泡并非仅仅是很久之前的一次事件中形成后留下的遗迹,而是仍在不断得到来自内部中央黑洞的粒子流补充。
德国马克斯·普朗克地外物理研究所的安德烈·梅洛尼(Andrea Merloni)说:"最有意思的是,这一结果同样展示了发生于非常接近黑洞附近的剧烈的物质-能量转变过程。
在这一案例中,这一黑洞在加速喷流方面非常高效,而在产生可见光辐射方面却效率低下。
"
精彩文章:音爆 闪电 1955年上将 濒危动物
强大引力不断拉扯弯折空间,形成一道无形的事件视界,哪怕是宇宙中速度极限的光,一旦跨入这片范围,也再也没有办法向外挣脱逃离。
聊聊黑洞的形成本源,看懂时空弯曲的原理,便能明白光线被困的深层缘由。
广袤宇宙中,万事万物都会带来时空形变,质量越大的天体,对周边时空的弯折效果就越明显。
平日里地球、恒星带来的曲率变化十分微弱,我们很难直观察觉,光线穿行其间只会出现轻微偏移,依旧可以顺畅传播。
可黑洞截然不同,它由超大质量恒星晚年坍缩演化而来,星体内核急剧向内收拢,体积不断压缩,质量却高度汇聚,让周遭时空被剧烈拉扯扭曲。
极度密集的质量,催生出恐怖的时空曲率,空间不再保持平直状态,如同一张被重物狠狠按压凹陷的弹性薄膜,越靠近中心位置,弯折程度就越发夸张。
这种肉眼看不见的空间形变,正是黑洞一切奇特现象的根源,也构筑起专属它的宇宙规则。
事件视界便是时空弯折形成的临界分界线,没有实体轮廓,却划分出两种截然不同的物理世界。
界线外侧的时空曲率相对平缓,宇宙常规法则正常生效,光线、星际物质可以自由穿行,天体也能按照既定轨迹运转,光线能够毫无阻碍地向四面八方传播扩散。
一旦跨过事件视界,时空曲率瞬间飙升至极值,空间结构彻底扭曲塌陷。
此刻所有运动规律都会被改写,光线即便以最快速度行进,也只能顺着弯折的空间不断坠向黑洞核心,完全找不到向外逃逸的路径。
光无法逃离视界范围,也让黑洞拥有了漆黑无光的外表。
本身不会向外辐射反射光线,外界光线落入其中也尽数被束缚吞噬,没有光能抵达观测者视野,所以人类无法直接目视黑洞本体,只能依靠引力效应、光线偏折等间接痕迹判断它的存在。
时空曲率带来的束缚力,不止困住光芒,也禁锢住所有物质与信息。
任何行星、星云碎片、宇宙尘埃,不慎闯入事件视界之后,都会顺着扭曲的空间持续下坠,最终汇聚到中心奇点。
外界永远无法获取视界内部的状态变化,这里成了宇宙天然的封闭秘境。
对比普通天体就能清晰看出差距,行星、恒星的时空弯曲程度有限,物体只要达到对应逃逸速度,就能脱离引力影响。
黑洞曲率突破临界阈值,直接锁住光速运动的光线,成为宇宙中独一无二的时空牢笼。
人类依靠天文观测不断探索黑洞奥秘,从捕捉引力波,到拍摄黑洞实景影像,一步步印证时空曲率的相关理论。
这份极致弯折造就的特殊天体,不断颠覆着人们对时空的固有认知,也指引着人类持续探寻宇宙更深层次的奥秘。
它拥有世间顶尖的引力束缚力,独特的视界边界划分出截然不同的时空领域,只要踏入视界范围之内,就连每秒三十万公里的光速,都没办法挣脱引力拉扯向外逃离。
今天就用闲聊述说的口吻,聊聊黑洞引力的奇特特性,讲讲视界的划分意义,理清为何光速都无法从黑洞内部脱身,一同揭开这片宇宙禁区的神秘面纱。
宇宙天体的引力强弱,一直和自身质量、密度牢牢挂钩。
普通恒星、行星的引力,只能束缚周边卫星与星际物质,物体只要达到对应速度,就能摆脱引力飞向深空。
而黑洞诞生于大质量天体的末期演化,巨型恒星燃料耗尽后,再也无法支撑自身庞大躯体,核心在自身重压下急剧向内坍缩,体积被无限压缩,密度飙升到难以想象的地步。
极致致密的结构,催生出碾压所有常规天体的超强引力,这也让黑洞拥有了独一无二的宇宙统治力。
从黑洞形成的那一刻开始,它就注定成为宇宙里特殊的存在,和我们熟知的星体运转规律彻底区分开来。
围绕黑洞存在一层无形的边界,这便是人们常说的事件视界。
它没有实体外壳,肉眼无法直接看见,却是一道无法逾越的分界线。
视界之外的宇宙空间,依旧遵循常规物理规则,光线、星体、宇宙尘埃都能自由穿梭,天体也可以依靠运动速度远离黑洞影响范围。
一旦物质、光线跨越这条无形界线,彻底进入视界内部,一切都会发生颠覆性改变。
黑洞恐怖的引力会牢牢锁定内部所有存在,再也没有力量能够带着物质脱离这片区域。
衡量天体引力束缚能力,有一个关键参照标准就是逃逸速度,也就是物体摆脱天体引力束缚,飞向宇宙远方需要具备的最低速度。
地球有着自身对应的逃逸速度,火箭突破临界数值便能冲出大气层奔向太空,太阳系里的各大行星、恒星,都有着各自固定的逃逸速度门槛。
黑洞打破了常规天体的速度极限,视界内部的逃逸速度直接超越光速。
光速是目前人类认知里宇宙最快运动速度,连光线本身都没办法积攒足够速度冲破引力牢笼,其他星体、星际物质自然更没有脱身的可能。
光线坠入黑洞视界后,无法向外反射、传播,我们没办法捕捉到黑洞自身散发的光亮,这也是黑洞漆黑一片、难以直接观测的根本原因。
任何闯入视界之内的物质,不管是庞大的恒星残骸,还是细碎的气体尘埃,都会被强大引力不断拉扯撕扯,最终向着黑洞中心奇点不断坠落,彻底消融在这片深渊之中。
超强引力不止禁锢视界内部的一切,也会剧烈扭曲周边时空。
靠近黑洞的星体运行轨迹会被强行弯折,光线途经周边空间也会发生明显偏转。
不少遥远天体发出的光芒,在奔赴地球的途中靠近黑洞区域,都会被引力改变行进路线,这也给天文观测带来了奇妙的视觉效果。
科研人员依靠光线弯折、天体异常运动等间接痕迹,一步步推算黑洞位置,测算它的质量与引力强度。
时至今日,人类依旧没办法近距离抵达黑洞视界实地探查,视界内部的时空结构、物质形态,还留存着大量未解谜题。
光速无法逃逸的特性,让黑洞成为宇宙天然的隔绝领域,里面的一切变化都无法向外传递信息。
黑洞凭借极致强大的引力,划定出超越光速束缚的视界禁区,成为宇宙中最神秘的深渊天体。
这份打破常规物理认知的特质,不断吸引着人类探索研究,随着天文观测技术持续进步,未来我们也会慢慢解锁更多黑洞隐藏的宇宙奥秘。