科普:科学家如何让看不见的黑洞现形?

新华社北京6月15日电（记者俞飞泉、舒曲婷）中国于6月15日发射了一台硬X射线调制望远镜“洞察之眼”，用于探测黑洞。然而，像鬼魂这样的神秘黑洞不会发出任何光辐射，那么如何在浩瀚的宇宙中探测到它们呢？这有点像在煤窖里找黑猫。幸运的是，科学家们已经找到了一些方法，其中之一就是“洞察”所使用的方法。

方法1：柴郡猫的微笑

虽然人类不能直接看到黑洞，但它就像《爱丽丝梦游仙境》中长着牙齿的柴郡猫一样，通过强引力引起的时空扭曲来展示它的“微笑”。远处物体发出的光将在黑洞附近弯曲，黑洞起着引力透镜的作用。

爱因斯坦的广义相对论预言了这种效应。对于一个巨大的天体，比如黑洞或星系，它会产生一个强大的引力场，这会使周围的时空发生更剧烈的弯曲，而包括光在内的一切都会受到强大引力场的影响。

哈勃太空望远镜捕捉到了许多这样的例子。当通过前方星系或黑洞产生的引力场时，来自遥远背景星系的光线会发生扭曲，形成“弧形”甚至环形。天文学家认为，引力透镜不仅可以让我们了解遥远宇宙（背景星系）的情况，还可能包含前景星系中心超大质量黑洞的信息。

方法2：明星们是谁？

黑洞的引力会影响附近的天体。天文学家已经观察到一些天体系统，其中两颗恒星由于引力而相互环绕。天文学家还发现，在一些这样的双星系统中，只能看到一颗恒星，绕着一颗看不见的伴星运行。

此外，在大多数星系的中心，有一个超大质量黑洞。正如地球围绕太阳旋转一样，银河系中的恒星也围绕着这个超级黑洞旋转。

自1995年以来，天文学家开始观测并记录银河系中心区域附近90颗恒星的轨迹。这些记录表明所有恒星都围绕着一个暗中心运动。在20年内，90颗名为S2的恒星中的一颗完成了完整的轨道。根据S2的轨道数据，科学家们最终计算出了银河系中心暗物质的基本数据：其质量约为太阳质量的430万倍，半径约为0.002光年。这样的高密度非发光物体只能是黑洞。

方法3：当黑洞吞噬恒星和其他物质时，这些物质会被黑洞巨大的引力撕裂成气体，并在黑洞的视界周围形成一个旋转的气体吸积盘，气体在其中旋转并接近视界，最后被吸入黑洞。吸积盘中的气体高速旋转。离地平线越近，速度越快。高速气体之间的摩擦会产生大量热量，这使得吸积盘中心的气体温度达到惊人的高度，并发射出强烈的X射线。科学家可以通过捕捉宇宙中的X射线来推断黑洞的存在。

一些黑洞位于双星系统中，而另一个天体是普通恒星。在这种情况下，正常恒星的物质将被黑洞的强大引力吸引。当一部分气体被从黑洞中吸出时，它不会沿着黑洞的两轴直接被吸出，而是不会被直接吸出。由于吸积盘和射流的存在，它们可以产生电磁辐射。科学家可以用地面或太空望远镜探测黑洞的存在。

中国发射的“洞察之眼”太空望远镜使用这种方法观测黑洞。

方法4：即使看不见也可以听

2015年9月14日，人类首次探测到引力波。从那时起，它有了一种新的能力，可以感知宇宙，通过时空涟漪聆听宇宙天体演奏的交响乐。当时探测到的引力波来自两个黑洞的结合，这也是黑洞和双黑洞系统存在的最有力证据。

引力波就像时空中的涟漪。电磁波探测不到的两个天体的系统。因此，引力波是研究双恒质量恒星黑洞的唯一手段。引力波为人类研究黑洞打开了一扇新的窗口。引力波探测可以帮助科学家了解宇宙中双黑洞系统的分布、形成和演化机制。科学家们相信，在未来，更高精度的引力波探测将有可能探测到黑洞内部的物质分布，从而了解黑洞的形成和演化历史，这是任何其他天文观测手段都无法实现的。（据新华社客户报道）