中國6月15日發(fā)射了硬X射線調(diào)制望遠鏡“慧眼”去探測黑洞。然而，神秘如幽靈般的黑洞不會發(fā)出任何光輻射，那么怎樣才能在茫茫宇宙中探測到它們呢？這似乎有點像在煤窖里尋找一只黑貓。幸好，科學(xué)家找到了一些辦法，其中之一就是“慧眼”使用的方法。
方法一：柴郡貓的笑容
雖然人類不能直接看見黑洞，但是它就好像《愛麗絲漫游仙境》中會露出牙齒的柴郡貓一樣，通過強引力所導(dǎo)致的時空扭曲展現(xiàn)它的“笑容”。遠方天體發(fā)出的光線在黑洞附近會被彎曲，黑洞扮演了引力透鏡的角色。
愛因斯坦的廣義相對論預(yù)言了這種效應(yīng)，對于一個大質(zhì)量天體而言，比如黑洞或者星系，會產(chǎn)生強大的引力場，使周圍時空彎曲得更加劇烈，包括光在內(nèi)的任何東西都會受到強大引力場的影響。
哈勃空間望遠鏡已經(jīng)拍攝到很多這樣的例子，來自遙遠背景星系的光線在途經(jīng)前方星系或者黑洞產(chǎn)生的引力場時，發(fā)生了扭曲而形成“弧形”，甚至可變成圓環(huán)形狀。天文學(xué)家認為引力透鏡不僅能讓我們了解到遙遠宇宙（背景星系）的情況，還可能包含著前景星系中央超大質(zhì)量黑洞的信息。
方法二：星星繞著誰跳舞？
黑洞的引力會對附近天體產(chǎn)生影響。天文學(xué)家已經(jīng)觀測到一些天體系統(tǒng)，其中的兩顆恒星因彼此間的引力吸引而做互繞運動。天文學(xué)家也發(fā)現(xiàn)，在某些這類雙星系統(tǒng)中只能看到一顆恒星，它繞著某個不可見的伴星做軌道運動。
此外，在絕大多數(shù)星系的中心，都存在著一個超大質(zhì)量黑洞。正如地球繞著太陽轉(zhuǎn)，星系中的恒星也都圍繞著這個超級黑洞旋轉(zhuǎn)。
1995年起，天文學(xué)家開始對銀河系中心區(qū)域附近的90顆恒星進行軌跡觀測和記錄。這些記錄顯示：所有恒星都圍繞著一個黑暗的中心運動著。在20年的時間里，這90顆恒星中的一顆名為S2的恒星完成了一次完整的繞行。根據(jù)S2的軌道數(shù)據(jù)，科學(xué)家終于計算出了銀河系中心這個黑暗天體的基本數(shù)據(jù)：質(zhì)量約為430萬倍太陽質(zhì)量，半徑約為0.002光年。這樣一個高密度不發(fā)光的天體，基本上只可能是黑洞。
方法三：一貪吃就露餡
當(dāng)黑洞吞噬恒星等物質(zhì)時，這些物質(zhì)會被黑洞的巨大引力撕扯成氣體，并在黑洞視界外圍形成一個旋轉(zhuǎn)的氣體吸積盤，其中氣體一邊旋轉(zhuǎn)一邊向視界靠近，最終被吸入黑洞。吸積盤中氣體高速旋轉(zhuǎn)，越靠近視界轉(zhuǎn)速越快，高速氣體之間的摩擦?xí)a(chǎn)生大量的熱，使吸積盤中心部分氣體溫度達到驚人的高度并發(fā)出強烈的X射線?？茖W(xué)家可以通過捕捉宇宙中的X射線，并由此推斷黑洞的存在。
有的黑洞處于雙星系統(tǒng)中，而另外一個天體是正常的恒星，在這種情形下，正常恒星的物質(zhì)會被黑洞強大的引力吸引過去。這些物質(zhì)不會直接掉入黑洞中，而是會首先進入黑洞周圍的吸積盤中，某些時候吸積氣體的量過多，不能被黑洞全部吞掉，還會沿著黑洞的兩個轉(zhuǎn)軸將多余的氣體拋射出去，產(chǎn)生非常壯觀的噴流。正是由于吸積盤和噴流的存在，它們都能夠產(chǎn)生電磁輻射，科學(xué)家利用地面或者太空的望遠鏡就可以探測到黑洞的存在。
中國發(fā)射的“慧眼”太空望遠鏡就是利用這個方法觀測黑洞的。
方法四：看不見還可以聽
2015年9月14日人類首次探測到引力波，從此擁有了感知宇宙的新能力，通過時空漣漪聆聽宇宙天體彈奏的交響樂。而那次探測到的引力波就來自兩個黑洞的并合，這也是黑洞以及雙黑洞系統(tǒng)存在的最有力證據(jù)。
引力波就像時空中的漣漪。兩個黑洞組成的天體系統(tǒng)不會產(chǎn)生能夠被探測到的電磁波輻射。因此引力波是目前研究雙恒星級質(zhì)量黑洞的唯一手段。引力波為人類打開了一扇研究黑洞的新窗口。引力波探測能夠幫助科學(xué)家了解雙黑洞系統(tǒng)在宇宙中的分布以及形成和演化機制?？茖W(xué)家認為，將來更高精度的引力波探測將有可能探測到黑洞內(nèi)部的物質(zhì)分布，從而理解它們的形成和演化歷史，而這是其他任何天文觀測手段都不可能實現(xiàn)的。
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