黑洞为何“发脾气”？“慧眼”要一探究竟

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Hxmt卫星模拟图。

好莱坞科幻电影《星际穿越》中描述的黑洞中有通往另一个宇宙的秘密通道吗？我们还不知道。科学家们对奇异而神秘的黑洞的研究才刚刚开始，许多隐藏在黑洞深处的背后的秘密还没有被发现。6月15日，中国发射的硬X射线调制望远镜卫星“贵燕”(简称hxmt)将聚焦于为什么一些黑洞会“发脾气”。

“护目镜”的主要观察对象是银河系中的黑洞和中子星。因为中子星很多，中子星的观测时间会更长。“但是我们更关心黑洞。”中国科学院高能研究所粒子天体物理中心主任、贵阳院首席科学家张双南说。

“黑洞非常有趣，它们的现象非常丰富，它们能产生各种各样的辐射，如x光，它们还可能产生高能宇宙射线和强喷流。”科学家们对黑洞在做什么感到好奇。目前，只有二三十个黑洞样本，所以如果我们能找到更多就好了。我们也希望更清楚地研究已发现的黑洞。发现黑洞只是开始。科学研究得越多，就越发现它不为人所理解，因此需要进一步研究。”张双南说。

爱因斯坦和他的黑洞公式。(手绘/何梦)

什么是黑洞？

黑洞有两种主要类型:恒星黑洞和超大质量黑洞。恒星黑洞的前身是大质量恒星，超新星爆炸发生在它们生命的最后。如果超新星爆炸后残留物的质量是太阳质量的三倍以上，重力将主宰一切，并且没有力量阻止剧烈的重力崩溃。这颗恒星正朝着最终的黑洞目的地前进，而黑洞内部的物质似乎从时间空中消失了，并且从那时起就与宇宙失去了联系。

黑洞是时间空的无底洞，是一个引力陷阱。在强大的引力下，一切都无法摆脱被蹂躏的命运，就连光也无法逃离黑洞。恒星黑洞可能在所有星系中都很常见，而这些无声的“地雷”散布在整个宇宙中。随着时钟每一秒的滴答声，一个新的黑洞在宇宙的某个地方诞生了。据估计，仅在银河系就有数千万甚至更多这样的黑洞。

黑洞对于理解时间空的起源和宇宙的最终命运非常重要，对黑洞的理解影响着人类对宇宙未来的预测。黑洞不仅是观测天文学的福音，也是理论研究的沃土。它为物理学家提供了一个数学练习领域，使他们能够将自己的想法发挥到极致，用纸和笔探索自然界最极端的环境之一。

科学家是如何发现黑洞的？

从20世纪80年代科学家对黑洞的最初推测，到20世纪下半叶大量天文观测证据的出现，人类花了200年才接受黑洞的存在。在这段时间的大部分时间里，人们要么忽视要么批评宇宙中存在如此奇怪的天体。没有少数科学家对自然永恒的童心、强烈的好奇心和探索精神，人类就不可能发现和认识黑洞。

1971年，世界上第一颗x光天文卫星乌呼鲁的观测证实了黑洞的存在。科学家发现的第一个黑洞是天鹅座X-1。它距离地球大约6000光年，是空.天空中的一个强x射线源

天鹅座X-1是一个双星系统，由一颗超级巨星和一颗致密星组成。x光是由可见的超级巨星表面抛出的物质产生的。当被抛出的物体落向看不见的伴星时，它们会显示出某种旋转运动，就像浴缸里流出的水一样，它们会变得非常热并发出高能x光。不可见天体的最小质量可以通过观察可见恒星的运动来确定。就天鹅座X-1而言，它的质量几乎是太阳的10倍。科学家判断它一定是一个黑洞。目前，科学家已经在银河系中发现了20多个像天鹅座X-1这样的黑洞X射线双星，它们的黑洞质量大约是太阳的4到20倍。

黑洞有许多未知的秘密。(手绘/何梦)

黑洞会发脾气吗？

张双南介绍说黑洞有时是“平静的”，有时是“暴躁的”。如果黑洞什么也不做，就没人能看到它。但是它周围有一些东西。当坠入黑洞时，速度越来越快的物质会导致气体密度越来越高，并且温度会非常高，这将产生x光。由于材料质量或结构的不同，会产生不同的x光。科学家通过x光了解黑洞的本质。物质在不同黑洞周围的分布是不同的，物质如何落入黑洞的表现也是不同的。有时黑洞非常“暴力”，物质下落非常快。最极端的现象是伽马射线爆发，太多的物质落入黑洞导致极端的相对论喷流。

他说，当黑洞处于非常“剧烈”的状态时，它产生的x光电流非常强。其他外国卫星可能非常敏感，但它们适合观察弱光。当x光特别强时，信号就会饱和。例如，钱德拉x光望远镜适合观察“安静”的黑洞。hxmt在某些波段的有效探测面积是有史以来最大的。虽然它不能聚焦，但它特别适合观察“猛烈的”黑洞和中子星。

“我们将扫描银河系，看看黑洞的脾气是什么样的。因为我们曾经知道一些黑洞突然发脾气，但是为什么，我们不知道，因为它们已经很久没有被研究过了。因此，我们希望对银河系中的黑洞和中子星进行详细的调查。有些黑洞可能一年发三次脾气，有些可能四年发一次脾气，或者每次发脾气的程度不同。原因是什么，我们想知道这些情况。”张双南说。

中国科学院百人计划的青年科学家熊绍林说:“我认为，对黑洞的研究很可能是天文学未来的一大进步。”为了接近黑洞的地平线并穿透尘埃，应该使用x光带。我希望能看到黑洞的x光照片，也就是说，能看到黑洞的地平线和周围的物质，并看到它们的真实特征。这可能在50年内实现，我希望我能赶上我的生活。”(记者于飞、全晓舒、曲婷)

来源：搜狐微门户