Why Black Holes Are More Than They Seem
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黑洞以吞噬一切而臭名昭著。它们是毁灭的象征,无情的空虚,模棱两可的深渊,任何东西都无法从中返回——至少在流行文化中是这样。但黑洞还有另一面:天体物理学家已经观测到强大的喷流,有时长达数百万光年,从超大质量黑洞中喷射出来——包括我们银河系中心的那个。因此,今天我们将了解黑洞的另一面,以及它们在创造和塑造宇宙中可能扮演的强大角色。阅读更多关于Blandford-Znajek过程的信息。还有其他宇宙奥秘吗?请发送电子邮件至[email protected]。了解更多关于赞助商信息选择:podcastchoices.com/adchoicesNPR隐私政策</context> <raw_text>0 这条消息来自弗雷德·哈奇癌症中心,该中心发现的骨髓移植已挽救了全球一百多万人的生命。了解这一突破和其他突破如何影响世界,请访问fredhutch.org/lookbeyond。您正在收听来自NPR的Shortwave。

在流行文化中,黑洞已经形成了这种吞噬一切的名声。它们是宇宙中那些所有物质,甚至光线,都不可避免地被吸入这个极其致密的黑色空洞中的点。它们通常被视为一种宇宙吸尘器,只是吸入所有靠近的物质、气体和恒星。

那是普里扬巴达·纳塔拉扬,耶鲁大学的一位天体物理学家,她专注于黑洞,特别是极其巨大的黑洞是如何形成的。普里亚说,这些超大质量黑洞,就像我们银河系中心的那个,不仅仅是宇宙吸尘器。

因为当黑洞吞噬周围的物质时,它们会产生一个明亮的圆盘,就像一个发光的甜甜圈。但是......与直觉相反的是,我们确实看到了非常强大的物质喷流,实际上是从它们中喷射出来的。

基本上,黑洞是非常凌乱的进食者,因此并非它们吞噬的所有尘埃和气体都能进入“食道”。对于超大质量黑洞来说,这可能看起来像是白热等离子体和辐射的光束从黑洞边缘的事件视界外的发光甜甜圈中射出。有时这些光束长达数百万光年。

罗杰·布兰福德说,你可以认为这些黑洞喷流携带了大量的能量,有点像核能。当然,它们可能以破坏性著称,但也可能是核反应堆中的能量来源。罗杰是一位天体物理学家,也是斯坦福大学的教授。在20世纪70年代,他和他的朋友罗曼·兹纳耶克在英国剑桥大学时,他们开始研究这些黑洞喷流是如何产生的。

他们提出了一种关于这些喷流如何获得能量的假设。但是,所有这些碎片需要一段时间才能组合在一起,才能看出这种解释是否成立。所以在今天的节目中,我们将关注宇宙中最具能量的天体——超大质量黑洞喷流。它们是什么?它们是如何产生的?新的图像能告诉我们关于这些神秘天体的什么信息?我是雷吉娜·巴伯,您正在收听Shortwave,这是NPR的一个科学播客。

这条消息来自Carvana。使用Carvana Value Tracker发现您汽车的价值。当您汽车的价值发生变化时,随时保持最新状态。使用Carvana Value Tracker始终了解您汽车的价值。好的,关于黑洞喷流的有趣之处在于,它们是在天文学家甚至无法就星系是什么达成一致之前就被成像的。赫伯·柯蒂斯是这场辩论中心的天文学家之一。他也是第一个在1918年识别出喷流的人。

起初,它看起来像是宇宙中奇怪的明亮条纹。他看到了他称之为“奇特的直线射线”的东西,那是喷流的光学照片。这条射线来自一个名为M87的模糊物体,我们现在知道它是一个距离地球5000万光年的巨大星系。而M87......

拥有一个超大质量黑洞,其质量是太阳的60亿倍,并且有一个巨大的喷流从它喷射出来,一直延伸到我们可以将它的起源与黑洞本身联系起来的地方。

快进到70年代初,当时罗杰开始读研究生,天文学界充满了新的发现。人类在1969年登上了月球。第一个黑洞在几十年的数学理论之后于1971年被证实存在。天文学家们正在观察我们宇宙中星系真正明亮的中心。

这些星系的中心拥有极其巨大的黑洞。有些似乎也从中间喷射出这些明亮的条纹或能量喷流。就像柯蒂斯几十年前在M87中看到的那样。所以......

我看着我的同事和朋友们使用他们奇妙的射电望远镜来了解这些喷流,这些射电望远镜随着岁月的流逝变得越来越奇妙。他们发现,这些来自黑洞的喷流非常巨大,长度是宽度的四倍。这些燃烧的条纹远远超出了它们所在的星系的宽度。这是一件真正非同寻常的事情,因为一个不比太阳系大,在许多情况下更大的物体,

有些明显更小,却能产生足够的能量,在某些情况下比周围的星系亮一千多倍。这甚至比原子中微小的原子核产生它所能产生的所有能量更令人印象深刻。但是这些喷流首先是如何存在的呢?好吧,要解决任何一个好的谜团,我们需要线索。我们最好去寻找线索的地方就是黑洞本身。

黑洞有两个重要的线索。首先,黑洞旋转。或者正如我们在物理学中所说的那样,它们具有角动量。但是为什么黑洞会旋转呢?我们相信黑洞之所以旋转,是因为物质吸积到它们上面的方式。被吸入黑洞的尘埃和气体也在旋转并具有角动量。

但在进入超大质量黑洞的过程中,那些旋转的尘埃和气体会失去角动量。它们旋转得少了。这就是为什么它能够一直旋转进去,但你会得到角动量,而角动量会使黑洞旋转。此外,我们也知道这是黑洞生长的一种方式。因此,我们相信,旋转是黑洞实际组装和质量增长的结果。

所以物质会积聚在这些黑洞周围并导致它们旋转。但是这些物质是如何被射入太空形成这些巨大的高能喷流的呢?线索二,磁场。黑洞像恒星和一些行星一样具有磁场。当黑洞旋转时,这些磁场会缠绕在一起。气体中的带电粒子沿着磁力线被带走,最终进入喷流。

有一个能量来源,那就是黑洞的自旋,而磁场是移除它的工具,如果你愿意这么说的话。此外,还有所有这些向内坠落、围绕黑洞旋转的气体。就像大气中的卫星一样,它会变热、失去能量、坠落。然后它就出去了。有了所有这些带电粒子,你就会得到辐射。

所以在我读研究生的时候,我们已经知道黑洞喷流产生的主要机制来自于强磁场与旋转黑洞的相互作用,其中黑洞的旋转会扭曲和放大这些磁力线。

并推动和推动带电粒子沿着黑洞的两极进入这些强大的喷流。这个过程通常被称为布兰福德-兹纳耶克机制。那是罗杰,其中一个名字。绝对的。布兰福德-兹纳耶克过程是罗杰和罗曼所有工作的顶峰。

它颠覆了黑洞只是吸尘器的观点。普遍的观点是,你无法从黑洞中获得任何东西。

但是如果黑洞正在旋转并且存在磁力线,就像你与磁铁或地球的图像相关的那些磁力线一样,如果它们穿过黑洞的表面(称为事件视界),那么就有可能从黑洞中获取能量。这是以黑洞的旋转能量为代价的。

这个假设及其方程将物理学中的重大概念结合在一起,例如阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论方程(关于引力只是时空弯曲的理论)以及詹姆斯·克拉克·麦克斯韦较早的电磁方程(描述电和磁如何相互作用)。

这真的很美,因为它结合了这两个非常深刻和深刻的思想,并向你展示了能量实际上是如何被提取的。但是所有这些都很难观察。直到最近十年左右,科学家们才能够真正近距离地观察这些喷流,世界各地的许多射电望远镜显示了来自M87中心超大质量黑洞的喷流的高分辨率图像,赫伯·柯蒂斯在1918年偶然发现了它。

图像还显示了黑洞周围的磁场,这是支持布兰福德-兹纳耶克过程的一步。这些场非常强,而且相当有序,正如预期的那样。而且,它们看起来像是由围绕黑洞旋转的气体产生的。它们具有你可能期望的那种扭曲。

这些图像是我们能够直接研究黑洞的最接近的方式。它们是我们所能到达的最接近黑洞事件视界的地方。他们能够看到喷流的起点。所以这是史无前例的。它们如此之近,以至于科学家们不仅在学习喷流,还在学习黑洞本身的迷人特性——

自从科学家们了解黑洞以来,它们一直都非常神秘。了解这些黑洞的历史,它们是如何开始的,它们是如何增长的。就像婴儿一样,它们被喂养并长大。以及这是如何发生的,它们对周围星系的影响,它们如何塑造宇宙的演化,这是我们今天正在学习的事情。

我们对黑洞的所有了解都表明它们是宇宙中巨大的参与者。星系中心的超大质量黑洞会影响整个星系、其中的数十亿颗恒星以及围绕这些恒星运行的行星。我们现在相信这些黑洞喷流是

它们在某种程度上调节了星系本身恒星的形成方面至关重要。因此,它们成为能量来源并产生,它们向气体添加热量。它们通过阻止冷却来阻止恒星的形成。所以你不会形成恒星。因此,它们充当一种奇怪的,你知道的,有趣的是,像活塞一样,决定将形成多少恒星。因此,它们似乎正在塑造恒星。

形态,即恒星是如何形成的,它们在星系中的哪个位置形成,以及它们在什么时间形成。因此,它们似乎比我们以前认为的要重要得多。所以,黑洞。毁灭者,是的。但有时也是创造者。它们是强大的实体,从内到外地塑造星系。我们才刚刚开始了解它们。

Shortwave的听众们,多年来我们已经报道了很多关于黑洞的内容。如果您想了解更多关于黑洞的信息,我们会在节目说明中留下这些节目的链接。另外,非常感谢您的收听。请确保您不会错过任何新的剧集,请在您正在收听的任何播客平台上关注我们。

本集由瑞秋·卡尔森制作,由节目主持人丽贝卡·拉米雷斯编辑。瑞秋和泰勒·琼斯核实了事实。吉米·基利是音频工程师。贝丝·多诺万是我们的高级总监,科林·坎贝尔是我们的播客战略高级副总裁。我是雷吉娜·巴伯。感谢您收听ShoreWave,这是来自NPR的科学播客。这是美国生活节目的伊拉·格拉斯。我们每周的节目都会选择一个主题,讲述关于这个主题的不同故事。

好了。我就在这里停下来。您正在收听NPR播客。您很可能知道我们的节目。因此,相反,我要告诉您,我们最近一直在播放非常好的节目。一些宏大的史诗般的感人故事,还有一些奇怪的有趣的东西。

下载我们的节目,美国生活。马特·威尔逊在纽约市儿童医院工作多年。我戴着夹式领带。我穿11码的Heelys鞋。马特是一位医疗小丑。医疗小丑的角色是将游戏、快乐、希望和光明重新引入通常不会存在这些东西的空间。关于应对不确定性的想法。这是来自NPR的TED Radio Hour播客。

随着婴儿潮一代的年龄增长,他们的医疗保健和住房需求将成倍增长。我们的社会准备好支持这个老龄化人口吗?收听《Untangled Caregiving》,我们将深入探讨老年护理体系的挑战。订阅来自WOSU公共媒体的Untangled,它是NPR网络的一部分。