首張黑洞照片即將面世！黑洞是如何被發現的？

本文綜合自《知識就是力量》雜誌

人類首張黑洞照片即將面世已進入倒計時！

據悉，2019年4月10日中部標準時間15:00（台灣時間4月10日21點整），全球六地（比利時布魯塞爾、智利聖地亞哥、中國上海和台北、日本東京和美國華盛頓）將以英語、西班牙語、漢語和日語四種語言，通過協調召開全球新聞發布會，視界面望遠鏡（EHT）將宣布一項與超大質量黑洞照片有關的重大成果，人類首張黑洞照片即將在全球六地同步發布！我們將成為有史以來第一批「看見」黑洞的人類。

迄今發現的最小黑洞，質量為太陽的3.8倍

在等待黑洞「露面」之前，我們先來看看黑洞是如何被發現的！

200多年前，英國的米歇爾和法國的拉普拉斯就曾提出：一個質量足夠大但體積足夠小的緻密恆星會產生強大的引力場，以至於連光線都不能從其表面逃逸，因此它對我們來說是完全「黑」的。但這一推論隨後就被人遺忘，因為其所用的牛頓理論解決不了引力對光的作用問題。

1915年艾伯特·愛因斯坦發表了他的廣義相對論。一年後，德國偉大的物理學家和天文學家卡爾·史瓦西發現愛因斯坦方程的一個精確解。史瓦西這個解表明，當一顆恆星的半徑收縮到一個被稱為史瓦西半徑的臨界值時，沒有任何信號可以從恆星的表面逃離。此時在該天體表面的異塵餘生波長將被拉伸到無窮大，異塵餘生頻率將變為零；換句話說，時間停下來了。因此該天體將變成黑的了，看不到了，消失了。這就是廣義相對論預言的黑洞。這個結果是如此不尋常，以至於那時大部分人都不相信，包括愛因斯坦本人！史瓦西創立了黑洞學說，現在我們用來形容黑洞的術語，如「視界」「逃逸速度」等，都是他在1916年發明的。

而「黑洞」一詞，則是由美國天體物理學家約翰·惠勒在1970年提出的。史瓦西只是在數學上「發現」了黑洞，他自己並不相信黑洞是真實存在的。1973年，天文學家在天鵝星座中發現一個強大的X射線雙星，其中一個是緻密天體，另外一個是氣態恆星，它們圍繞共同的質量中心轉動。它被命名為「天鵝座X-1」。不像眾多的其他X射線雙星，該系統中的緻密天體不可能是個中子星。利用開普勒定律，天文學家可以估算出該緻密天體的質量，得到的結果大約是六倍太陽質量，比中子星的質量上限還大很多。因此，天鵝座X-1中的那個緻密天體不可能是中子星，當然更不可能是白矮星了，它必須是一個黑洞。這是觀測得到的恆星質量級黑洞的第一個確鑿證據。

雖然黑洞的這些證據都只是間接的，但確實是令人信服的。目前，觀測發現銀河系內恆星質量級黑洞的候選體已經不少，而且利用高靈敏度X射線望遠鏡也已經能夠探測到其他星系中的恆星質量級黑洞候選體。在20世紀末，越來越多的證據顯示，在大多數星系的中心有超大質量黑洞。

因此，理論上發現黑洞已經有很長一段時間了，觀測上可能永遠不能直接看到黑洞，但令人信服的間接證據卻有很多。而此次視界面望遠鏡的觀測將是人類黑洞觀測史上的重要一步，讓我們一起期待吧！

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