說起黑洞，很多人對它的了解少之又少，但是人類研究黑洞的歷史非常久。自從1783年英國自然哲學(xué)家米歇爾首次提出黑洞的猜測，在這二百余年的時間里，人類對于黑洞的探索從未停止過，但是對于黑洞的研究卻沒有取得突破性進(jìn)展。

而就在今年，美國航天局突破性地采集到黑洞音頻，并于2022年5月2日至6日發(fā)布了英仙座星系團中心的黑洞的相關(guān)影音材料。

聲音發(fā)現(xiàn)

其實，美國航天局發(fā)布這個聲音是花費了長時間的收集和準(zhǔn)備。英仙座星系團是位于英仙座方向距離地球大約3億光年遠(yuǎn)的一個富星系團，它是X射線波段觀測到的最亮的星系團。正是因為它中央具有強大的X射線波，這讓天文學(xué)家探討星系團中氣體如何和黑暗物質(zhì)作用提供了可能，因此，天文科學(xué)家對于該星系團的觀測也較為頻繁。

自從2003年起，美國航天局的天文學(xué)家就發(fā)現(xiàn)了英仙座星系團中央的黑洞一直出現(xiàn)“聲音”，隨后美國航天局的錢德拉望遠(yuǎn)鏡便加強了對于英仙座星系團的觀測，在進(jìn)行了長達(dá)270小時后的觀測后，發(fā)現(xiàn)了幾億年前曾經(jīng)影響整個星系團的動蕩。

并且相關(guān)天文學(xué)家通過不停地努力，運用各種科學(xué)儀器設(shè)備將這段聲音轉(zhuǎn)換成了人耳可以識別的聲音。

其實，這并不是美國航天局第一次公布來自宇宙的聲音。就在2017年的萬圣節(jié)，美國航天局直接一次性地公開了一系列音頻文件的專輯，許多人在萬圣節(jié)當(dāng)天聽到這些聲音的時候都感覺到了不可思議，以為是美國航天局為他們準(zhǔn)備的萬圣節(jié)“惡搞”。然而，這些聲音確實是真實存在的，不是美國航天局的特殊禮物。

專輯中收錄的全部24段聲音都是來自宇宙天體的聲音。這里面的聲音包括2017年美國無人太空船卡西尼號錄制的土星和它的環(huán)繞衛(wèi)星土衛(wèi)二的“對話”；還有木星探測器“朱諾號”在穿過木星弓形震波的時候錄制的相關(guān)聲音。這些聲音聽起來可能有些詭異，甚至有幾分嚇人。那么，此次美國航天局公布的黑洞聲音是什么樣的呢？

令人“驚嘆”的聲音

通過收聽美國航天局發(fā)布的音頻，我們不難也會有上文同樣的感受，這聲音一開始感覺像深山老林的各種動物咆哮后混雜的聲音，再一細(xì)聽又感覺不像地球上存在的任何聲音，讓人感覺到后背發(fā)涼和各種不舒服，這或許就是來自黑洞聲音的獨特魅力吧。在聽完聲音后，轉(zhuǎn)念一想，初中物理老師多次強調(diào)“真空是不能傳播聲音的”。

那么，美國航天局是如何錄制到這段音頻的呢？莫非這又是一個巨大的“惡作劇”？

這當(dāng)然不是一個“惡作劇”，這是美國航天局花費了大量人力和物力，才將這段聲音捕捉到并轉(zhuǎn)化成功的。其實，這段聲音不是真正意義上的“聲音”，本質(zhì)上是黑洞向四周發(fā)出的壓力波。我們一般來說能聽到的聲音是一種縱波，縱波是通過粒子密度的變化來實現(xiàn)的。只要波長能夠大于氣體平均分子程，這種氣體就可以支持聲波的傳播。

雖然外太空的真空度很高，但還是存在一定量的氣體粒子，這些氣體粒子為聲波的傳播創(chuàng)造了條件。既然有了聲音傳播的條件，那么我們不禁要問，黑洞的聲音是從哪里來的呢？

對于這些“聲音”的來源主要有兩種解釋。第一種解釋是認(rèn)為這些聲音是因為黑洞具有強大的壓力和輻射，從而形成了有節(jié)奏地加熱降溫或者擠壓而形成的。這主要是與黑洞的特點密不可分，黑洞在吞噬物質(zhì)時，會在黑洞的兩極產(chǎn)生強大的噴流。當(dāng)然，黑洞吞噬物質(zhì)也不是連續(xù)性的，而是階段性地吞噬，這樣就形成了一個階段性的高低變化，從而改變了周圍的聲波，進(jìn)而發(fā)出了“聲音”。

另一種解釋是認(rèn)為黑洞在吞噬掉周圍的物質(zhì)后，會形成巨大的空腔，周圍的聲波會迅速回填到空腔當(dāng)中，在空腔當(dāng)中震動反彈而形成3D漣漪。

但是，這些黑洞產(chǎn)生的聲音人類是無法通過人耳直接聽見的。人耳能聽到的聲音頻率大約在20-20000赫茲之間，黑洞產(chǎn)生的聲音波長非常地長，這也就導(dǎo)致了它的頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于人耳的可聽范圍。英仙座星系團黑洞所發(fā)出的聲音頻率大約音比中央 C 低了 57 個八度，它的頻率數(shù)量級為10的負(fù)15次方，聽完一個完整的周期大約需要1644萬年。

因此，為了讓人耳可以聽到宇宙深處黑洞的聲音，科學(xué)家運用無線電技術(shù)將這些電磁波轉(zhuǎn)換成人的耳朵能夠聽得見的聲波，然后再將其發(fā)出的聲音提高 57 和 58 個八度音，這相當(dāng)于將黑洞聲音的原始頻率提高了14.4億億倍。

所以，黑洞聲音的令人驚嘆之處不僅是指它那令人脊背發(fā)涼的聲音本身，最令人驚嘆的還是相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)家為了捕捉聲音、還原聲音所做出的巨大努力。那么，科學(xué)家們“費盡心機”捕捉到的聲音有什么作用呢？

黑洞聲音的重要意義

英仙座星系團黑洞的聲音捕捉，這不僅僅是一種有趣的聲音轉(zhuǎn)換形式，更是成為了研究星系成長的關(guān)鍵證據(jù)?？茖W(xué)家通過捕捉轉(zhuǎn)換聲音，分析黑洞向外擴散能量的傳輸過程，進(jìn)而研究新恒星的形成和成長速度。

同時通過此次技術(shù)的突破，科學(xué)家已經(jīng)掌握了將電磁波轉(zhuǎn)化為聲波的成熟技術(shù)，甚至科學(xué)家Russo 說到：“就像任何數(shù)據(jù)都可以可視化一樣，任何數(shù)據(jù)都可以被聲化”，只要相關(guān)事物是隨著時間演變的，那么對它的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行聲化處理通常會變得更加有效。

研究團隊還運用了同樣的聲化方法，對室女座 M87 中的黑洞進(jìn)行音頻轉(zhuǎn)換，獲得了大量的相關(guān)數(shù)據(jù)。通過這兩次成功地聲化轉(zhuǎn)化，為以后的天文學(xué)研究提高了寶貴的經(jīng)驗，可以將更多的來自脈沖星的脈沖無線電波、來自碰撞黑洞的引力波進(jìn)行可聲化處理。

聲化的天文數(shù)據(jù)既可以方便天文學(xué)家進(jìn)行研究，又能將更多的人吸引到天文學(xué)的大家庭當(dāng)中，比如聲化的數(shù)據(jù)可以讓盲人體驗到天文學(xué)的魅力和奇跡。

天文學(xué)家除了將黑洞的聲音進(jìn)行了捕捉和轉(zhuǎn)化，還拍到了黑洞的照片。就在發(fā)布黑洞聲音的一周后，2022年5月12日，科學(xué)家們發(fā)布了銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞人馬座A*（Sgr A*）的首張照片。

由此可見，現(xiàn)在的天文學(xué)研究水平突飛猛進(jìn)，人類通過對于黑洞聲音的捕捉和照片的拍攝，將人類原本無比陌生的黑洞更加立體化、可視化地呈現(xiàn)在人類面前，這既是科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，更是人類對于未知領(lǐng)域的征服。在不久的將來，人類一定能夠?qū)崿F(xiàn)幾千年來憧憬天空、向往天空的偉大夢想。

作者：丫丫 校稿編輯：小宛