稱黑洞的過程中,有什么好玩的事兒?

好奇君:你最喜歡什么季節呢?
國家天文臺礪珺:夏天 。
好奇君:為什么?
國家天文臺礪珺:在夏天 , 可以清楚地觀測到我喜歡的天鵝座 。
好奇君:為什么喜歡天鵝座?因為它像一只天鵝?
國家天文臺礪珺:天鵝座由升到落 , 真如同天鵝飛翔一般——它側著身子由東北方升上天空 , 到天頂時 , 頭指南偏西;移到西北方時 , 變成頭朝下尾朝上 , 沒入地平線 。 天鵝座也是人類目前對地外行星研究的最為深入的一塊區域 , “行星獵手”開普勒望遠鏡就是一直指向這塊區域并進行觀測的 。 其實不僅如此 , 年輕時候 , 我還曾花了兩年時間(其實也就是五六年前……呃)測量過一個天鵝座的黑洞!

稱黑洞的過程中,有什么好玩的事兒?



好奇君:啥?!什么黑洞?距離我們多遠?
國家天文臺礪珺:天鵝座X-1 , 英文名字叫做Cygnus X-1 , 距離我們地球7800光年 。 其實人們目前已經在天鵝座中發現了幾個黑洞 , 包括天鵝座X-3(Cygnus X-3)和2015年6月份剛剛爆發過的天鵝座V404黑洞(V404 Cygni) 。 天鵝座X-1是人類最早發現的一個X射線源 , 所以命名為X-1 。 類似地 , 天鵝座X-3是這個星座中發現的第三個 。 而天鵝座V404最早是在光學波段發現的 , 所以它的名字(V404)和其它兩個(X-1 , X-3)有些不同 。
好奇君:在你認定天鵝座X-1是一個黑洞之前 , 人類覺得它是什么?
國家天文臺礪珺:人們只是覺得它可能是一個黑洞 , 但不是很確定 。 因為中子星也可以產生比較類似的現象 , 中子星與黑洞最大的區別就在于質量 。 如果中心天體的質量大于3個太陽質量 , 我們通常認為它是黑洞 , 否則很可能是中子星 。 天鵝座X-1是人類發現的第一個黑洞候選體 。 其實 , 上世紀七十年代 , 它剛剛被發現時 , 地球上最聰明的兩個大腦——史蒂芬·霍金(Stephen W. Hawking)和基普·索恩(KipS. Thorne)——就為它是不是黑洞而打了個賭 。 霍金下的賭注是一整年的成人雜志《閣樓》 , 而索恩的賭注則是《私人偵探》(Private Eye)雜志 。
而在1990年前后 , 在當時的觀測證據表明 , 天鵝座X-1有90%的可能性是一個黑洞的時候 , 霍金認輸了 。 當時 , 黑洞的質量很不確定 , 從差不多2個太陽質量到11個太陽質量 。 盡管很大可能性是黑洞 , 但是還是有一部分可能性是中子星的 。 另外也因為這是人類發現的第一個黑洞候選體嘛 , 所以我們就打算仔細地對其進行研究 。 在2009年到2011年的幾年時間里 , 我們通過好幾種觀測手段 , 對天鵝座X-1黑洞做了一個全面的測量和研究 。
好奇君:你都為這只黑洞測了哪些東西?身高體重三維心率嗎?……
國家天文臺礪珺:嗯 , 差不多是體重之類的 。 有三個量比較主要 , 第一是地球到黑洞的距離 , 第二是黑洞的質量 , 第三是黑洞的轉動速度 。
【稱黑洞的過程中,有什么好玩的事兒?】好奇君:X-1距離地球那么遙遠 , 你是怎樣知道具體距離的呢?
國家天文臺礪珺:我們所使用的工具是甚長基線射電陣(Very Large Baseline Array , VLBA) , 它位于美國 , 由十個不同地點的25米射電望遠鏡組成 。 我們知道 , 盡管我們看不到黑洞 , 但黑洞會產生噴流 , 噴流會在射電波段產生比較強的輻射 , 我們就可以在射電望遠鏡觀察到黑洞的位置了 。
然后 , 我們會選擇一年中的不同時間 , 比如春分和秋分 , 來觀測噴流相對于其它某個遙遠天體的位置變化 , 之后利用簡單的三角函數關系 , 就可以得到地球距離黑洞的距離 。

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