明明叫黑洞，為什么黑洞照片的顏色是紅色的？為什么它不叫紅洞？

其實(shí)，這和黑洞一開(kāi)始的命名有關(guān)，它最初是愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的一個(gè)衍生猜想，最后一點(diǎn)一點(diǎn)被證實(shí)。

黑洞為什么是紅色的

等人們拍攝到黑洞的第一張“玉照”，已經(jīng)是2019年的事情了，此時(shí)距離黑洞這個(gè)假設(shè)已經(jīng)過(guò)去了近100年。

名字都已經(jīng)被寫(xiě)進(jìn)去了，也就不好隨意更改。

或許很多人不知道的是，咱們看到的這個(gè)黑洞照片，其實(shí)也不是黑洞的真實(shí)樣子，它是后期處理過(guò)的。

黑洞的照片其實(shí)是“照騙”

愛(ài)因斯坦與黑洞

提到黑洞，大家第一個(gè)會(huì)想到霍金，的確，霍金教授研究黑洞研究得比較多，在上面取得的成就也非常高。

但是，黑洞并不是霍金第一個(gè)發(fā)現(xiàn)的，它源于愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論。

不管是狹義相對(duì)論還是廣義相對(duì)論，在當(dāng)時(shí)都是一種假設(shè)，沒(méi)有實(shí)驗(yàn)作為支撐，但是這不妨礙科學(xué)家們研究相對(duì)論。

一位叫做卡爾·史瓦西天文物理學(xué)家，在愛(ài)因斯坦論文發(fā)表后的第二年，開(kāi)始研究愛(ài)因斯坦的引力場(chǎng)，在進(jìn)行計(jì)算之后，得到了一個(gè)固定值。

黑洞的概念和愛(ài)因斯坦有關(guān)

史瓦西認(rèn)為，只要進(jìn)入這個(gè)范圍，那么無(wú)論是什么物質(zhì)都會(huì)被吸進(jìn)去。

根據(jù)史瓦西的計(jì)算，只要天體的半徑小于這個(gè)定值，那么它就會(huì)發(fā)生吞噬其他物體的現(xiàn)象，后來(lái)這個(gè)半徑被稱為“史瓦西半徑”。

后來(lái)的天文物理學(xué)家不斷地完善這一假設(shè)，得到了一個(gè)天體的假想，它的半徑小于史瓦西半徑，質(zhì)量大到離譜，密度也非常大。

由于光也無(wú)法從這個(gè)范圍內(nèi)逃出去，理論上這個(gè)天體是不發(fā)光的，所以是一片漆黑，被命名為“黑洞”。

卡爾·史瓦西和他的“史瓦西半徑”

從此，黑洞這一名詞誕生，這在當(dāng)時(shí)不過(guò)是一種假設(shè)，即使真的存在黑洞，僅僅通過(guò)光是不可能發(fā)現(xiàn)它的。

但是，不能從光學(xué)上發(fā)現(xiàn)它，總會(huì)有別的方法，1970年，人類第一次發(fā)現(xiàn)了黑洞。

當(dāng)時(shí)的人造衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)，在天鵝座X-1方向有特殊的射線發(fā)射出來(lái)，與過(guò)去接收的射線完全不一樣。

這個(gè)發(fā)現(xiàn)表明，黑洞不再是一個(gè)假設(shè)，而是宇宙中真實(shí)存在的天體，愛(ài)因斯坦又對(duì)了。

黑洞最初是一個(gè)假設(shè)

黑洞的存在，可以作為廣義相對(duì)論正確的一個(gè)重要證據(jù)。

但是，就像黑洞一開(kāi)始的定義一樣，它是吸收所有物質(zhì)的，人們通過(guò)天文望遠(yuǎn)鏡根本就看不到它的存在。

既然看不到，為何還能拍出一張照片呢？

人們對(duì)黑洞的想象

拍攝黑洞

其實(shí)，萬(wàn)眾矚目的黑洞照片，是一張“照騙”，如果非要嚴(yán)格意義來(lái)定義，所有太空?qǐng)D片都有一定程度的Ps。

黑洞的第一張照片，是8臺(tái)望遠(yuǎn)鏡經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的追蹤，最后經(jīng)過(guò)超級(jí)計(jì)算機(jī)的處理，合成的照片。

這是一個(gè)處于M87星系的黑洞，距離我們5500萬(wàn)光年，質(zhì)量是太陽(yáng)的65億倍。

黑洞的時(shí)空曲率非常巨大，光也逃不掉，所以沒(méi)有光從黑洞中發(fā)射出來(lái)，但是，黑洞中心沒(méi)有光，不代表黑洞周圍沒(méi)有光。

黑洞在M87的位置

可能很多人對(duì)黑洞有誤解，認(rèn)為它像貪吃蛇一樣，吧唧吧唧就把天體吞了，實(shí)際上，黑洞吞噬才是真正的吸星大法。

在沒(méi)有被完全吸光之前，天體殘余的部分依舊是發(fā)光的，這其中還會(huì)發(fā)射很多射線，比如γ射線。

因此，在地球上不同的位置，天文學(xué)家找到了8臺(tái)天文望遠(yuǎn)鏡，從北半球到南半球，全部監(jiān)測(cè)M87星系。

它們組成了一個(gè)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)叫做視界望遠(yuǎn)鏡（EHT），相當(dāng)于一個(gè)口徑13000公里的大望遠(yuǎn)鏡。

參與拍攝黑洞的八臺(tái)天文望遠(yuǎn)鏡

這些望遠(yuǎn)鏡全部都是射電望遠(yuǎn)鏡，不是在“看”黑洞，而是在接收黑洞周圍的電磁波，然后將其轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)儲(chǔ)存起來(lái)。

等到監(jiān)測(cè)任務(wù)完成得時(shí)候，電磁波數(shù)據(jù)存滿了2000多個(gè)硬盤。

之后得一切就要交給超算了，也就是超級(jí)計(jì)算，這是利用計(jì)算機(jī)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，一般的計(jì)算機(jī)根本做不到，得需要超級(jí)計(jì)算機(jī)。

來(lái)自美國(guó)和的德國(guó)的超級(jí)計(jì)算機(jī)團(tuán)隊(duì)，對(duì)這上百億個(gè)G的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，篩選出不必要的數(shù)據(jù)。

超級(jí)計(jì)算機(jī)

其實(shí)監(jiān)測(cè)工作早在2017年就已經(jīng)完成，但是照片是在2019年才合成出來(lái)，可見(jiàn)這背后巨大的工作量。

有的時(shí)候科學(xué)家們處理了一整天的數(shù)據(jù)幾百個(gè)G，沒(méi)一個(gè)B（字節(jié)）是有用的。

所以，這張照片不是拍攝的，是通過(guò)電磁波信號(hào)轉(zhuǎn)化而來(lái)的。

照片中的黑洞像一只貓貓的眼睛，中間是黑的，周圍是紅色的，網(wǎng)友們紛紛開(kāi)始惡搞P圖。

玩歸玩，鬧歸鬧，科學(xué)的事情也不敢開(kāi)玩笑，不是說(shuō)好了黑洞嗎？咋處理出來(lái)是“紅洞”了？

人類第一張黑洞照片

黑紅黑紅

關(guān)于黑洞為什么是紅色的，不少網(wǎng)又表示，沒(méi)聽(tīng)過(guò)“黑到深處自然紅”嗎？

當(dāng)然，這是調(diào)侃的玩笑話，其實(shí)黑洞的顏色很早之前霍金就研究過(guò)，他當(dāng)時(shí)就認(rèn)為黑洞周圍是有顏色的。

黑洞的顏色，還要從它吞噬天體的“吸星大法”開(kāi)始說(shuō)起。

當(dāng)一個(gè)黑洞靠近一個(gè)天體的時(shí)候，天體會(huì)被黑洞巨大的引力撕碎，這些碎片不會(huì)立馬被黑洞吞噬掉，而是像漩渦附近的水一樣，圍繞黑洞旋轉(zhuǎn)。

黑洞吞噬天體

雖然被撕碎了，但是這些天體的組成原子沒(méi)有變，比如恒星，還是氫原子。

這些碎片圍繞黑洞組成了一個(gè)吸積盤，各種反應(yīng)還在進(jìn)行，所以會(huì)發(fā)光、產(chǎn)生射線、甚至還會(huì)出現(xiàn)聲音。

2022年，NASA就聽(tīng)到了黑洞吞噬的聲音，這是非常罕見(jiàn)的，因?yàn)楹诙词裁炊嘉?，它?huì)吸收星云，而組成星云的主要成分是氣體。

這個(gè)時(shí)候的黑洞吸積盤就不是真空的，而是有“空氣”的，內(nèi)部吞噬的聲音就會(huì)通過(guò)星云殘骸傳播。

宇宙中的各種星云

視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）捕捉的信號(hào)，也正是吸積盤發(fā)射出來(lái)的電磁波。

我們所看到的黑洞照片是紅色，那個(gè)紅色其實(shí)就是超算處理出來(lái)的吸積盤顏色，大部分恒星的顏色都是紅、黃、橙色系，因此處理出來(lái)就成了“紅洞”。

而且，M87星系的黑洞，只是黑洞的一種，根據(jù)霍金的研究，黑洞的類型應(yīng)該有很多種，根據(jù)物理性質(zhì)就有：旋轉(zhuǎn)不帶電的、不旋轉(zhuǎn)帶電的、不旋轉(zhuǎn)不帶電的等等。

那么，黑洞是如何產(chǎn)生的，它總不可能憑空出現(xiàn)在宇宙吧？

黑洞專家霍金

黑洞的誕生

黑洞是大質(zhì)量恒星“黑化”的結(jié)果，也就是它們?nèi)紵炅俗约核械娜剂?，?nèi)部聚合反應(yīng)到了鐵元素，所有的聚變基本到頭了。

這樣的恒星已經(jīng)不再發(fā)光發(fā)熱，進(jìn)入了垂老之年，脾氣那是相當(dāng)?shù)谋┰?，突然想不開(kāi)，它就爆炸了。

這個(gè)爆炸叫做超新星爆炸，它會(huì)將恒星外面的物質(zhì)全部炸飛，只留下一顆內(nèi)核，內(nèi)核的半徑小于史瓦西半徑，質(zhì)量非常大，遇見(jiàn)誰(shuí)就吞噬誰(shuí)。

大質(zhì)量恒星和太陽(yáng)（左下角的小紅點(diǎn)）

這顆內(nèi)核演化為了一個(gè)黑洞，而那些被炸飛的成分，在爆炸的能量中，又再次回到了最初的起點(diǎn)氫原子。

它們組成了星云，而星云又將是下一顆恒星的誕生之處。

我們的太陽(yáng)系就是從星云中誕生的，也就是說(shuō)它的前世很有可能是一顆變成黑洞的恒星。

那太陽(yáng)會(huì)變成黑洞嗎？不會(huì)，因?yàn)樘?yáng)太小了，它在宇宙中只是一顆普通恒星，最后只能“安安靜靜”地演化成一顆白矮星。

太陽(yáng)的歸宿白矮星

這個(gè)安靜只是相對(duì)于大質(zhì)量恒星而言，太陽(yáng)的晚年其實(shí)也會(huì)很暴躁，只是質(zhì)量不允許它爆炸。

迄今為止人類只拍攝到了兩個(gè)黑洞的照片，M87星系黑洞以及我們的銀心黑洞人馬座A*，但是宇宙的黑洞不止這兩個(gè)。

人馬座A*

未來(lái)會(huì)有更多黑洞的照片面世，它會(huì)在人類的不斷研究中，脫掉“可怕”的外衣。