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為啥黑洞是紅的?為啥說愛因斯坦又對了?答案是黑洞背後的超算

由 答案在這兒 發表于 音樂2023-01-26
簡介由於超級計算機擁有超強的運算能力,所以人們通常會用它來模擬一些宇宙中的特殊“事件”,比如說黑洞吞噬恆星的過程,就可以用超算建立出一個模型

黑洞裡有另一個世界嗎

此前NASA表示,他們透過哈勃望遠鏡發現了一個在銀河系周圍“漂移”的流浪黑洞,並認為這個黑洞應該是

恆星演化之後的產物

。這雖然不是人們第一次發現黑洞了,但是依舊很讓人激動。

還記得2019年第一張黑洞照片公佈時候的情形嗎?當時人們一邊驚歎於黑洞照片竟然這麼難拍攝,一邊疑惑為什麼黑洞會是紅色的。

為啥黑洞是紅的?為啥說愛因斯坦又對了?答案是黑洞背後的超算

那麼,黑洞到底是黑的還是紅的?為什麼隨著對黑洞的觀測愈加深入,大家都會說愛因斯坦又對了呢?

史上第一張黑洞照片竟是“紅色”

愛因斯坦早在上個世紀就預言了黑洞的存在,可是由於人類的觀測水平有限,我們一直無法觀測到宇宙中的黑洞。再加上黑洞擁有強大的引力,人們對洞內的情況又一無所知,漸漸這個東西的形象就越傳越“玄乎”。

在獲得黑洞的照片之前,大家就發揮了自己的想象力,描繪出了想象中的黑洞。直到第一張黑洞照片公佈,這個宇宙中的神秘幽靈的面紗,才算真正被揭開了一角。

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2019年4月,事件視界望遠鏡(EHT)的國際合作團隊,公佈了利用全球多個毫米波望遠鏡組成的干涉陣拍攝到的黑洞照片。

這個黑洞位於

橢球星系M87

的中心,與地球之間隔著月5500萬光年的距離。

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事實上,事件視界望遠鏡國際研究團隊的天文學家們,最初是定了兩個超大質量黑洞為觀測目標的,一個是呈現出照片的M87黑洞,另一個則是

位於銀河系中心的超大質量黑洞。

這二者和地球之間的距離差異很大,位於銀河系中心的超大質量黑洞和我們,大約只有

2.5光年

的距離,不過M87黑洞的大小約是太陽的60億倍,銀河系中心的黑洞則是太陽的400萬倍左右。因此,若說只是單純觀察黑洞的陰影和“光環”的話,M87黑洞會更典型一些。

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可問題是,

它為什麼是紅色的?

其實這與黑洞本身的性質有關,大家都知道黑洞會毫不留情地將身邊的物質吞噬進去,而它的“進食”並不是一口就吞入,對於某些質量較大的恆星,黑洞會選擇

細嚼慢嚥

炙熱的恆星在被吞噬的過程中,

表面的物質會形成吸積氣體流,這些氣體流環繞在黑洞的身邊,與其一起運動。

這就是咱們常說的吸積盤,而我們看到的黑洞照片外環的“紅色”也是吸積盤。

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那麼,吸積盤為什麼是紅色的?難道所有被吞噬的恆星都是紅色的嗎?

吸積盤的紅色與恆星的顏色並無關係,而是因為研究團隊選擇了使用紅色,來呈現出捕獲的光線

。簡單來說,EHT使用望遠鏡進行觀測的時候,是使用1。3mm的波長作為觀測波長的,而觀測到的亞毫米波本身就不在可見光範圍之內,所以為了將黑洞的吸積盤呈現出來,需要

後期為其配色。

毫無疑問,人們選擇了紅色,不過如果大家想改成別的顏色也是可以的,只是這個處理過程還是比較麻煩的,往往需要依靠

超級計算機

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說完了黑洞為什麼是紅色的,我們再來看看為什麼大家都說愛因斯坦又對了。

愛因斯坦又對了?

愛因斯坦是世界上最偉大的科學家之一,而更厲害的是,他雖然已經離開人世已久,留下的預言卻一個接一個應驗。早在廣義相對論當中,愛因斯坦就表示宇宙中存在“黑洞”,並且對黑洞進行了某些描述。

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回顧黑洞的“預言史”,你會發現,

第一個預言黑洞的人並不是愛因斯坦

早在1783年,那個經典力學統治物理學界的時代,地質學家

米歇爾

就率先提出了宇宙中存在“暗星”,後來

拉普拉斯

便將其寫進了自己的書中。

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不過大多數人一直對黑洞的存在十分質疑,因此在被提出之後,也沒得到太大的關注。直到愛因斯坦建立

廣義相對論

,而物理學家史瓦西很快得出了

史瓦西解

,在強強聯合之下,黑洞的樣子才算是呈現在了人們眼中。

資料顯示從廣義相對論的角度來說,黑洞是空間的一個奇點,可以用時空彎曲的不同程度來粗略地理解“黑洞”。可以看成是當“引力塌縮”後,物體體積極小、質量密度極大時的極限情形。

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很顯然,黑洞被驗證存在,甚至直接被拍到了照片,這些現象都說明,愛因斯坦確實又對了。不僅如此,加州大學伯克利分校的天文學家還認為,

銀河系中心的黑洞還檢驗了愛因斯坦的理論,證明了其理論中的預測。

加州大學伯克利分校的

德里亞·蓋茲和傑西卡·盧,

針對銀河系中心黑洞附近的一顆恆星進行了追蹤。這顆恆星在繞黑洞軌道超齒執行,

過程中它扭曲了時間和空間的幾何形狀

,且愈加靠近黑洞,其光就會發生

引力紅移

,這種引力紅移無疑符合廣義相對論的預言。

傑西卡·盧表示,“測量超大質量黑洞周圍的引力紅移,實際上是檢驗廣義相對論的新時代的開始。”

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總之,愛因斯坦為這個世界留下了太多的“預言”,而隨著預言被接連驗證,人們就愈加佩服這位偉大的科學家。

值得一提的是,不論是給黑洞洗照片,還是對黑洞附近的恆星進行追蹤,實際上都要靠其背後的“超算”,若是沒有它的幫助,我們想揭開黑洞謎題的冰山一角都顯得十分困難。

超算助力黑洞揭秘

超算指的其實就是

超級計算機

,咱們上文中所提到的第一張黑洞照片,就是研究小組依靠它“洗”出來的。至於

那個紅色的圈,也是透過計算機進行特殊處理的

為啥黑洞是紅的?為啥說愛因斯坦又對了?答案是黑洞背後的超算

由於超級計算機擁有超強的運算能力,所以人們通常會用它來模擬一些宇宙中的特殊“事件”,比如說黑洞吞噬恆星的過程,就可以用超算建立出一個模型。

除此之外,美國普林斯頓大學的研究員

巴爾特·裡珀達,

還與自己的研究小組,利用超算的叢集,使其生成了一個黑洞視界之外的影象,向人們展示為什麼黑洞會突然發出耀眼的光芒。

為啥黑洞是紅的?為啥說愛因斯坦又對了?答案是黑洞背後的超算

得益於超級計算機的強大,如今咱們雖然無法穿過漫長的光年距離,直接目睹黑洞身邊發生的一些變化,但是卻能

將其透過某些演算法在電腦上“展現”出來。

雖然從理論上來說,這些模型和影象,咱們這些外行人肯定看不明白,但是隻要研究者能夠透過模擬,找到更多關於黑洞的資訊,那麼未來總有一天,我們能夠破譯黑洞身上更多的秘密。

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就讓我們一起期待著,超算能夠帶給人類更多的驚喜吧!