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科学家构建黑洞恒星相撞模型 不解之谜即将揭开

http://www.kexue.com 2011-09-22 09:34:39 科技日报  发表评论


黑洞隐藏许多不解之谜

  据美国物理学家组织网9月19日报道,美国普林斯顿大学和纽约大学研发出一种新的计算工具,以可视化方式模拟了初生黑洞通过一颗恒星的效果。利用该模型,科学家能深入了解难以捉摸的黑洞。他们的论文发表在本月出版的《物理评论快报》上。

  科学家认为,宇宙的绝大部分由暗物质构成,初生黑洞是构成暗物质的假设物质之一。但黑洞迄今尚未被直接观察到。如果初生黑洞是暗物质的来源,而银河系中的恒星约有1000亿颗,黑洞与恒星的互相碰撞不可避免。但初生黑洞不像较大黑洞,它不会“吞噬”恒星,当它通过恒星时,只会在恒星表面造成明显的震动。通过探测恒星与黑洞相撞,能为暗物质提供观测证据,有助于天文学者进一步理解宇宙的内部运作规律。

  普林斯顿地理科学系博士后研究员斯拉文·汉纳索杰和纽约大学宇宙学与粒子物理学中心的迈克尔·科斯顿以太阳为模型,推算初生黑洞对恒星表面造成的影响,以及初生黑洞的质量和它通过太阳的可能轨迹。美国国家航空航天局(NASA)的蒂姆·山斯托姆则将推算结果制成了两个模拟视频,一个显示了初生黑洞穿过太阳内部时其表面的振动,另外一个视频显示了黑洞擦过太阳表面的情景。

  当初生黑洞的运行路径穿过恒星时,它的万有引力会挤压恒星;当黑洞穿过后,它在恒星表面造成的波纹会迅速复位。科斯顿解释说:“就像你戳一个水球,会看到内部的水形成波纹,这和恒星表面的现象很相似。观察恒星表面的运动,也能推测出其内部的情况。如果一个黑洞通过,就能看到它(恒星)表面的颤动。”

  “人们已知初生黑洞通过恒星会造成影响,而这是第一次我们用数字精确推算出了这一幕。”约翰·霍普金斯大学物理与天文学教授马克·卡敏科斯基说,该研究可作为探测初生黑洞的整合工具,并结合了现有太阳观测技术的优势,提供了一种周全而精确的方法。

  研究另一个重要意义是,它缩小了现有探测方法和黑洞质量限制之间的鸿沟。目前人们对黑洞的研究很大程度上受制于质量,有些质量太小无法包括在黑洞范围里,而有些太大会打乱整个星系。按照目前的方法,初生黑洞根据以前直接观测到的霍金辐射和光线弯曲来设定,但只有那些处在蒸发中的黑洞且其质量小于10的17次方克时,才能观察到霍金辐射;质量大于10的26次方克时,才能使光线弯曲。科斯顿说,初生黑洞质量在其空缺部分,约占10亿分之一,这好比研究一个未知的目标,其重量在一便士硬币和一辆矿用卸货车之间。

  新方法修正并建立了更专门的质量范围,以定位一个初生黑洞。在他们的模拟中,初生黑洞质量大于10的21次方克,约为一个小行星的质量,其穿过恒星时在恒星表面产生了明显的效果。

  研究人员还指出,银河系中每年约发生1万次这样的可探测事件。现在我们知道初生黑洞能在恒星上面产生可探测的振动,当一个初生黑洞无害地滑过银河系千亿恒星时,观察到它们的机会也大大增加。(常丽君)

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