如果黑洞没有吸积盘,我们如何观测到它的存在?

黑洞到底长什么样子?

当然现在已经公布了黑洞的照片,全世界的吃瓜群众都知道了黑洞的模样!从广义相对论预言中的天体走向现实用了104年时间,如果爱因斯坦在天有灵想必他应该是非常欣慰!在黑洞照片发布的日子里,科学界和爱好科学的围观群众犹如过节!但问题依然存在,黑洞到底是啥样的,因为我们看到的只是视界外黑洞吸积盘的照片,下面我们来简单解读下!

事件视界望远镜获取的第一张M87*黑洞照片,当然大家已经看得不要不要了!我们先从现实中的黑洞来解释下为什么会形成这样的“黑洞”!

一、其实我们看到的并不是真正的黑洞,而是黑洞的吸积盘!

从广义相对论理论中的黑洞来看,表现黑洞的三个要素:质量、电荷与角动量,原本存在体积的质量是可以看到的,但黑洞的尺寸是一个点,电荷与角动量都无法直接看到,简单的说这些要素都看不到,而且它吞噬任何物质,包括光线!因此我们并不能直接看到黑洞,时间视界望远镜定义非常准确,它是来对事件视界以外成像的,以内当然外部有了,内部的轮廓自然就是黑洞了?

其实不然,这个灰色的圈圈直径是真正黑洞的2.5倍,因此此次拍摄到的黑洞视界远小于这个阴影!当然就不展开计算了,如果各位有兴趣,笔者的另一篇文章中有详细计算过程,各位可以前往围观!

还有一个问题,黑洞为什么会一侧明亮,另一侧暗淡,有朋友认为是厚吸积盘所致,但其实并不是这样,上图已经说的比较清楚了,吸积盘转动的多普勒效应是造成这种现象的最主要因素:当光线随着转动朝着观测者前进和背离观测者方向是不一样的!

二、如果黑洞没有吸积盘,那么我们又能如何观测到它的存在?

只要黑洞存在吸积盘都很好办,即使它不发光,还有各种电磁辐射,甚至有可见光到高能X光,甚至是伽马射线,我们探测这些黑洞的手段多了,从射电望远镜到光学望远镜,还有硬X射线望远镜等等,但如果一个黑洞不吞噬物质,那又如何来发现呢?

当然这并没有难倒科学家,广义相对论中早就预言光线会被大质量的天体所弯曲,而在1919年的日食观测中证实了这一点,从此爱因斯坦被惊为天人!当然这就是著名的“引力透镜”真正来源,后面还因“引力透镜”延伸出了“爱因斯坦环”!

上图就是最经典的爱因斯坦环,遥远星系的光线受到引力透镜效应的影响而呈现一个环状!那么假如背景星系和观测者之间存在一个黑洞会怎么样呢?

上图警示一个黑洞在以银河系为背景的观测值前景中经过,可以很清楚黑洞扭曲光线是极其夸张的,就像在劣质玻璃上的不均匀颗粒!这也是我们发现黑洞另一个技术理论依据,当然观测到的黑洞引力透镜效应并没有那么夸张,因为即使最近的天鹅座V616黑洞,距离地球也达到了2800光年!

如果没有背景星系,如果没有不吞噬物质、没有吸积盘,黑洞就像上图这样,一片漆黑,和宇宙背景融为一体,这就是黑洞该有的模样!