白洞:宇宙的能量机器

白洞是黑洞的穷亲戚,它被大多数天体物理学家研忽视。然而,一种振荡器的新概念却对两者的作用平等相待。十五年来黑洞始终在天文学和天体物理学中占有中心地位。它们被用来解释范围广阔的种种宇宙现象,从轻得只有阿米巴原虫那样,即只有一亿分之一公斤(10~(-8)公斤)的“超微体”,到质量足有太阳十亿倍的“超重体”。相比之下,黑洞的对立面白洞却一直备受冷遇。然而,某些新看法能把这两种概念结合起来,并指出一种途径,使白洞具有同目前黑洞同等的重要作用。     

白洞,真的存在吗?

大多数人或许只听说过黑洞,但却很少有人知道白洞。听到"白洞"这个词,很容易将它与黑洞联系起来。现实生活中,我们认为"白"与"黑"互为反义词,那么,天文学中的黑洞与白洞也是相对的吗?答案当然是肯定的。我们都知道,黑洞是一个具有巨大胃口的宇宙"怪物",在它的史瓦西半径面上连光都无法逃脱,一旦物质掉落其中,就将永远消失在宇宙之中。正因为它的史瓦西半径内连光都无法逃脱,因此在任何地方看黑洞它始终都是黑色的,但是我们可以通过它产生的强大引力以及周围恒星的运动来判断是否存在黑洞,当然,利用"引力透镜"也能发现大型黑洞的存在。那么是否存在一个与黑洞性质相反的天体——白洞呢?     

黑洞,白洞,交相衬映

黑洞，一种看不见的特殊天体，却蒙上了一圈又一圈的神秘“光环”，令人捉摸不透、莫测其高深。公众谈论黑洞，不免带有几分猎奇的心理；科学家搜索黑洞，着眼于检验理论预言的正确性。我们则认为，黑洞探讨之所以成为热门课题，是因为它显露了广义相对论这块“美玉”之微瑕；为促使时空理论的新世纪发展，冀望由此而找到合适的突破口。诚然，瑕不掩瑜，广义相对论历来被赞誉成“理论物理中最典雅的艺术杰作”。既存在黑洞、又存在白洞，是根据广义相对论（1916年）而作出的猜测；不过，“黑洞”、“白洞”等简明术语，晚至六、七十年代才采…     

双星对称黑洞模型及其时空特征

对称分布的双星黑洞具有单一黑洞所不具有的性态，它可以解释已观测到的天体的某些现象，如反物质存在问题、黑洞封闭性问题、宇宙膨胀与收缩问题、能量吸收与释放问题、巨大能量来源问题、黑洞与白洞问题等。     

白洞

宇宙中存在黑洞已经是天界公认的事实，而且知道这种奇特的天体深藏于星系热核的内部，可以吸收靠近它的任何物质。黑洞的概念是从爱因斯坦的广义相对论推导出来的，真实的黑洞被认为是恒星的坟墓，在那里时空明显向黑洞弯曲。研究表明在爱因斯坦方程中还可能隐含一个更加奇特的时空弯曲：与黑涧的性质相反，天学家称之为“白洞”。     

揭秘银河系中心的超级黑洞

黑洞是什么？有人称，黑洞是“用神秘包裹起来的谜中谜”。其实，黑洞就是天体爆炸后的残留物，如此命名是因为即使光也无法逃脱其引力。现在，天文学家已经知道黑洞遍布整个宇宙，而且还在包括我们所处的银河系在内的各星系中心发现了最大的黑洞——超大质量黑洞。这些“超级黑洞”的质量超过太阳质量10亿倍甚至更多。     

‘元素——结构’系统宇宙模型的推导

物质是由一定基本粒子所组成，它们是有结构的。物质的性质及其在不同环境下所显示的功能与作用，都是由组成的要素及其结构所决定。对物质的了解，对宇宙学领域内疑难问题的解决(如暗物质、中子星、黑洞、白洞、类星体、X射线爆……)，也必须从要素和结构始。     

首张黑洞照片诞生——谈黑洞的前生今世

1905年和1916年爱因斯坦分别提出了狭义相对论和广义相对论,这不仅改变了人类对宇宙的认识而且还深深地影响了我们的日常生活,其中广义相对论一个著名的预言就是黑洞。目前,天文学家发现几乎每个星系中心都存在一个百万到百亿个太阳质量的巨型黑洞,而且每个星系中可能还存在上亿个恒星级黑洞。中等质量黑洞是否存在目前还不确定。黑洞存在的间接证据已经有很多,但人类更渴望直接看到黑洞的面目。黑洞虽然本身并不发光,但可以将吸积物质的引力能通过吸积盘变成辐射,从而被我们看到。北京时间2019年4月10日21时,事件视界望远镜项目在比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海和台北、日本东京和美国华盛顿全球六大城市同步举行新闻发布会,公布人类获得的首张黑洞照片。这张照片摄自梅西耶87(M87)星系中心的黑洞,重约60亿太阳质量,距离地球5 600万光年,由全世界横跨几大洲近10台毫米波望远镜(或阵列)进行联网观测,项目团队包括来自中国科学院上海天文台等单位的10余名中国成员。可以说"人类首张黑洞照片"是继2016年发现引力波之后人们寻找到的爱因斯坦广义相对论最后一块缺失的拼图。本文还对未来中国在黑洞研究方面的重大项目做了简单介绍和展望。     

发现迄今最小且最近地黑洞

正天文学家最近发现了有记录以来最小,也是迄今为止发现的最接近地球的黑洞。他们将其命名为"独角兽"。一方面是由于它是很独特的黑洞,另一方面是由于它被发现于独角兽座(又称"麒麟座")。"独角兽"距离地球1500光年(仍然位于银河系内),虽然其质量大约是太阳的3倍,但对于一个黑洞来说却太小。目前,宇宙中已被发现的小质量黑洞数量还很少。     

黑洞休眠

位于星系中心的一些超大质量黑洞的胃口极大，它们吞噬物质的速度很快，以至于其中一部分物质以辐射喷流的形式逃逸。但是，包括银河系中心黑洞在内的其他黑洞却一直处在休眠状态。     

最大宇宙黑洞

最近,日本和芬兰的科学家发现了迄今为止质量最大的宇宙黑洞。该黑洞的质量是太阳的180亿倍,比之前发现的最大质量的黑洞还要大6倍。在这个黑洞周围还有一个较小质量的黑洞高速环绕旋转。     

史上首张黑洞照片的科学与技术

<正>黑洞是爱因斯坦广义相对论预言的产物,也是宇宙中最神秘的天体.2019年4月10日,事件视界望远镜(Event HorizonTelescope,EHT)国际合作团队公布了利用全球的8个毫米波望远镜组成的干涉阵以约20微角秒的分辨率拍摄的首张黑洞照片,直接测量了射电星系M87中心黑洞的阴影和黑洞周围光环的大小,得到了M87中心黑洞的质量     

前沿

正1宇宙"黑洞种子"首次被发现天文学家已经找到了早期宇宙中"黑洞种子"存在的证据,其质量为太阳的10万倍,这有望于协助揭开超级黑洞的成因之谜。天文学家说:"我们找到的证据表明,超大质量黑洞的种子能够直接由巨型气体云坍缩而成,不需要任何中间步骤。这项发现若得到证实,就能解释这些     

科学之窗

中等质量黑洞被发现据美国《纽约时报》报道,美国天文学家发现了一种新类型的黑洞。科学家认为,新发现的这个体积中等的黑洞将能够最终为揭开宇宙中黑洞的形成之谜提供新的线索。 黑洞是一种密度极高的宇宙天体,每个星系里都有它的身影。天文学家之所以对黑洞感兴趣,是因为对黑洞的了解有助于揭开星系形成之谜。科学家早已经在大多数星系的中心发现了不少黑洞,其中一些属于庞大无比的重量级,其他的则属于不大起眼的轻量级,可是却没有中等大小的黑洞。一些天文学家怀疑,这其中一定还有一个环节没有被发现。最近,美国天文学家终于在…     

动态点击

<正>银河系超级黑洞被发现我国科学家刘继峰、张昊彤研究团队公布了一项天文发现,他们通过自主研制的郭守敬望远镜在银河系内发现了一个质量超过太阳70倍的黑洞,这个人类已知质量最大的恒星级黑洞的发现,将为人类了解恒星衰变为黑洞的历程提供数据支持。研究团队观测到,在双星系统(LB-1)中,一颗蓝色恒星围绕着一片黑暗区域进行快速的周期性运动,光谱特征分析出来的结果表明,这片黑暗区域可能隐藏着一个黑洞。之后,研究团队又通过西班牙10.4米加纳利大望远镜和美国10米凯克望远镜进一步确认了这个黑洞的存在。     

一个星团,两个黑洞？

<正>宇宙中谁最"自私"?也许非黑洞莫属,它似乎永远不知道怎样与他人共存共生。不过,如今发现的两个黑洞却对此说"不"!黑洞是不台群的:它们不但从环绕的恒星那里吞噬气体,而且根据理论,它们还会将另外一个相对弱小的黑洞"赶"出自己的家园。然而令人意想不到的是,如今天文学家却在一个星团中,发现了两个独立的黑洞!非典型星团所有银河系中的星团都是很久以前形成的,短命的大型恒星死亡而变成了黑洞。这些黑洞的质量比星团内任何一颗仍然发光的恒星都要大,因此会下沉到星团的中心处。在那里,较为强大的黑洞会利用其巨大的引力将其他黑洞一一驱逐到偌大的星系空间,以保证在一个星团中只有一个黑洞系统。因此,人们长期以来的共识是,一个典型的球     

看见黑洞:“人类公布首张黑洞照片”事件解读

<正>北京时间2019年4月10日21时,全球六个城市(美国华盛顿、比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海、中国台北和日本东京)同时召开新闻发布会,公布了人类拍到的第一张黑洞照片.此次发布的黑洞图像揭示了室女座星系团中超大质量星系M87中心的黑洞.该黑洞距离地球5500万光年(1光年=9.4607×1015 m),质量为太阳的65亿倍.该照片不只是在天体物理学术界,甚至在整个社会上也引起了很大轰动.本文将介绍这张黑洞照片的来龙去脉.     

前沿

正1天文学家测定7?300万光年外黑洞质量天文学家们成功测定了7 300万光年之外一个超大黑洞的质量,测量数据显示这个黑洞的质量约为6.64亿倍太阳质量。此次测量达成了史无前例的高精确度。天文学家们表示,这项工作将帮助他们确定宇宙中大型星系的命运,帮助他们以更高的精度测定另一组关键数据,即黑洞所在星系的总质量和黑洞本身质量的比值。     

原初密度扰动与原初黑洞

在宇宙早期形成的黑洞被称为原初黑洞.原初黑洞反映了宇宙早期的结构,研究原初黑洞将加深我们对早期宇宙演化规律的理解.同时,将有关原初黑洞的理论计算结果和相关观测数据进行比较,可以有效地对相关理论模型加以限制.因此原初黑洞在理论和观测两方面都具有重要的研究价值.形成原初黑洞的机制有多种,本文将主要介绍大幅度密度扰动产生原初黑洞的机制."Carr-Hawking"塌缩模型被相关文献广泛采用.该塌缩模型认为原初黑洞的质量近似等于塌缩区域进入视界时的视界质量.但是,近年的数值计算结果表明临界塌缩模型更加合理可靠.在临界塌缩模型中,原初黑洞的质量应由临界质量关系给出.本文首先介绍大幅度密度扰动塌缩形成原初黑洞的一些基本概念:原初黑洞的形成条件、原初黑洞的质量、形成时间及其寿命等;然后介绍原初黑洞丰度的计算以及如何从暴涨模型的结果计算原初黑洞的丰度.     

黑洞的"歌声"

黑洞一直被认为是星体命运的终点。当星体耗完最后一丝能量的时候,要么被撕裂,然后被别的星球“吞食”;要么浓缩成一个可怕的黑点经过它的一切物质和能量。黑洞是一种体积极小、质量极大的天体,具有强大的引力。黑洞是看不见的,因为它的引力大得不让光发射出去,还可以让经过的光消失在它的黑洞里。从前,科学家只能通过测量黑点周围的环境来确认黑洞,认为直接测量黑洞是不可能的。然而,最近科学家却测到了黑洞的声音。黑洞是个天生的低音“歌手”,声音低得让人无法用耳朵去欣赏,只能用专用的仪器才能“听到”。最近,英国剑桥天文学研究所法比…