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光都不能逃出黑洞,为什么黑洞喷流却可以?

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魅力科学君 2021-10-12 10:08

黑洞是宇宙中已知的引力最强大的天体,相信大家或多或少都应该听说过这种天体的名头,并且还知道黑洞的引力之强,以至于连光都不能逃出黑洞。

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众所周知,光速(指真空中的光速)已经是宇宙中物质运动速度的极限了,既然连光都不能逃出黑洞,那我们就可以合理地认为,黑洞就像是能够吞噬一切的“无底洞”一样,任何物质都无法从黑洞逃离,然而实际情况却似乎并不是这样。

黑洞喷流

2019年4月10日,人类拍摄到的首张黑洞照片问世,一时间引发了大量关注,这张照片的“主角”,是位于距离我们大约5500万光年的“M87星云”中心的一个超大质量黑洞,而就是这个黑洞,给我们展示了宇宙中的一种奇观——“黑洞喷流”。

上图是根据哈勃望远镜在可见光和红外光波段下的观测数据合成的图像,从图中我们可以看到,有一股蓝色的喷流从“M87星云”的中心汹涌而出,观测数据显示,该喷流向外延伸了1500秒差距(约4890光年),而它的来源,正是位于“M87星云”中心的超大质量黑洞。

连光都不能逃出黑洞,为什么黑洞喷流却可以从黑洞逃离呢?

黑洞并不是一个“洞”,我们可以简单地理解为,在三维空间中,黑洞其实是一个“球体”,其中心是一个体积无限小,密度无限大的“奇点”,而其边界被称之为“事件视界”,实际上,只有在黑洞的“事件视界”之内,逃逸速度才会超过光速。

也就是说,所谓的“光不能逃出黑洞”,其实是指光不能从黑洞的“事件视界”之内逃离,而在黑洞的“事件视界”之外,光是可以从黑洞附近逃离的,很明显,如果其他的物质也具备足够高的速度,同样也可以从黑洞附近逃离。

所以对于这个问题,我们就有了一个简单的解释:因为黑洞喷流起源于黑洞的“事件视界”之外,并且其中的物质具备了足够高的速度,所以黑洞喷流就可以从黑洞附近逃离。具体是怎么回事呢?我们接着看。

黑洞喷流是怎么形成的?

在黑洞吞噬周围物质的过程中,由于绝大多数物质原本的运动方向并不是笔直地指向黑洞的“奇点”,因此在这些物质向黑洞接近的过程中,或多或少都会存在着一些角速度。

如此一来,黑洞周围的绝大多数物质就会沿着一种螺旋形的轨道一边围绕着黑洞旋转,一边向黑洞接近,在这个过程中,由于角动量守恒,它们距离黑洞越近,围绕黑洞旋转的速度就越快。

在上述过程中,如果被黑洞吸引的物质足够多,那么这些物质就会在黑洞的“事件视界”外侧区域形成一个高速旋转的盘状结构,这被称为黑洞的“吸积盘”,在这里,几乎所有的物质都已经被黑洞的“潮汐力”撕扯成了原子甚至是亚原子粒子。

一个超大质量的黑洞,其强大的引力可以轻松将“吸积盘”中的物质加速到接近光速,而由于“吸积盘”中的粒子速度并不一致,因此它们在高速运动的同时,还会互相碰撞、摩擦,并产生极高的温度,进而释放出大量的X射线以及伽马射线(我们之所以能够“拍摄”到黑洞的照片,其实就是因为如此)。

一般来讲,“吸积盘”中的物质最终都会被黑洞吞噬,但在有些时候,“吸积盘”中的一部分物质会从其他的物质那里“窃取”到足够高的能量,从而具备了从这里逃逸的速度,由于这些物质都是带电粒子,因此它们会受到黑洞磁场的约束,在这种情况下,它们就只能沿着黑洞的磁场方向运动,并最终形成黑洞的两极方向汹涌而出的高速粒子流。

这种从黑洞附近逃离的粒子流,会以接近光速的速度冲击沿途所遇到的星际物质,从而产生极高的温度,并释放出非常耀眼的光线,于是我们就观测到了黑洞喷流。

好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见。

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