黑洞、暗物质、反物质及宇宙的未来

一、黑洞 现在已有越来越多的证据证实黑洞的存在,那么黑洞是怎么产生的呢？一是宇宙形成时就产生了一些黑洞,再就是恒星的坍缩产物中有一种是黑洞．大恒星的坍缩产物就是黑洞．现在间接观测和推断的结论是：不仅各大星系中都有黑洞,而且在某些星系中心也都有一个大黑洞． 二、暗物质 所谓暗物质就是不能用光学方法直接探测到的物质．理论上认为,暗物质本身既不发光,又不与光发生作用（比如,它不反射光）,只存在万有引力．按现有的天体物理理论计算暗物质占整个宇宙质量的９０％．而我们能观测到的各星系质量仅占整个宇宙质量的１０…     

新的宇宙曙光

哈勃太空望远镜拍摄的原始深场照片是天文学中最具标志性的图片之一。这张图片由数量惊人的遥远星系组成,星系镶嵌在黑色的背景之上,它是哈勃在1995年12月对大熊座的一小块区域进行了一系列观测之后得到的。受这张经典照片启发,天文学家们开始计划一项新任务来研究早期宇宙——这项任务可以看到更早的宇宙,观测到宇宙大爆炸之后3亿年就已经存在的最早的星系。但要做到这一点,需要一个有史以来最大的望远镜,一个比哈勃2.4 m的镜子大得多的望远镜。答案是:下一代太空望远镜(Next Generation Space Telescope,NGST),这是一个巨大的太空望远镜,拥有6.5 m的拼接式主镜,它有望实现一系列新的发现。     

新的宇宙曙光

哈勃太空望远镜拍摄的原始深场照片是天文学中最具标志性的图片之一。这张图片由数量惊人的遥远星系组成,星系镶嵌在黑色的背景之上,它是哈勃在1995年12月对大熊座的一小块区域进行了一系列观测之后得到的。受这张经典照片启发,天文学家们开始计划一项新任务来研究早期宇宙——这项任务可以看到更早的宇宙,观测到宇宙大爆炸之后3亿年就已经存在的最早的星系。但要做到这一点,需要一个有史以来最大的望远镜,一个比哈勃2.4 m的镜子大得多的望远镜。答案是:下一代太空望远镜(Next Generation Space Telescope,NGST),这是一个巨大的太空望远镜,拥有6.5 m的拼接式主镜,它有望实现一系列新的发现。     

星系相撞之时

在与许多小星系的碰撞过程中,大星系往往会借此机会进一步发展壮大,位于星系中心的超大质量黑洞在相遇后会相互围绕对方盘旋,形成双星系系统。在没有外力阻碍时,它们将继续相互盘旋至少数百万年。然而每个大星系核心都有一个黑洞,所以其他天体物理学过程必定使这对黑洞更快地融为一体。图1模拟的星系相撞、结合过程(1Gyr=10亿年)图2迈尔(L.Mayer)等人的流体力学模拟(图1)表明,正在结合的星系中的气体使黑洞速度趋缓,以致它们捆绑在一起的时间只有100万年。模拟中,内有双黑洞系统的富含气体的星系,由最近结合的两个螺旋星系组成,两个黑洞的…     

早期宇宙原来十分平静

天文学家一直认为。早期宇宙是一个浑沌、风暴激烈和彼此被撕裂成碎片的星系王国，而现在澳大利亚国立大学（Australian National University-ANU）天体物理学家阿利斯捷尔·格雷厄姆博士仔细分析了距离我们约1亿光年的许多星系照片，这些照片是由“哈勃”太空望远镜上的Wide Field Planetary Camera 2照相机拍摄的．对天文学家公认的观点提出怀疑。     

沉寂黑洞的突然爆发

宇宙中有一大部分星系＂停泊＂在黑洞的近旁.有些是沉寂的,而另一些则持续地产生辐射.为了探测星系以及中心黑洞从沉寂到爆发的突变,     

黑洞趣闻

 人们常把“黑洞”、“白洞”、“空洞”称之为宇宙三怪.美国“哈勃”太空望远镜发回的NGC7457照片,使众多的天文学家为之鼓舞.因为围绕黑洞是否存在,人们已经苦苦追寻它将近200年了.由中国科技大学研究生院丁亦兵教授编译的《黑洞趣闻》系列文章,妙趣横生地叙述了人们是怎样探索黑洞这一当代科学“六大悬案”之一的奥秘的,希望有更多的学者、科普作家写出这类好文章.     

类星体创造了星系吗

<正>类星体和星系哪一个形成在前呢?长期以来,天文学家们认为年轻的星系滋养了位于中心的黑洞,一直到黑洞变成类星体。类星体是质量极大、威力极强的能量源。但是现在科     

星系核中的黑洞

黑洞是根据严谨的物理规律预言的一种奇特天体.Laplace在1798年根据牛顿引力理论,Oppenheimer和 Snyder在1939年恨据广义相对论都预言了黑洞的存在.黑洞是可以依不同途径形成的.三十多年来对黑洞的研究工作,主要集中在晚期恒星的引力坍缩这样一条途径上.这样形成的黑洞,其质量只比太阳大几倍.近年来,为了解释有关星团、星系核和类星体的一些现象,讨论过极大质量的天体经引力坍缩形成黑洞的途径.例如,Lynden-Bell等[1,2]基于对类星体空间密度的分析,提出了星系核就是类星体的中心部分引力坍缩后的产物,星系核中具有质量约为108M。的巨大黑…     

星系哈勃红移的非多普勒效应解释

分析了多普勒效应在解释星系哈勃红移现象时,星系际光传播过程存在的能量不守恒和宇宙膨胀时空不平权两大问题;提出了＂时空物质属性＂的3个基本假设;最后阐述了星系哈勃红移的非多普勒效应解释。     

邮票上的物理学史(68)--宇宙学

同星系天文学方面的工作相比 ,哈勃更重要的贡献是关于红移 -距离关系的哈勃定律的发现 (图1,圣文森特所属格林纳丁斯 2 0 0 0年 ,2 0世纪重大事件 ,邮票下方的英文是“192 9:哈勃和膨胀的宇宙”) .星系光谱的频移是美国天文学家斯里弗 (V .Slipher)发现的 ,他发现了绝大部分红移和个别同我们距离近的蓝移 .对光谱频移现象最现成的解释是多普勒效应 :红移表示星系离我们而去 .星系的这种退行并不是以我们为中心 ,而是整个宇宙的膨胀 ,如同一个膨胀气球的表面上的各点 ,每一点都相对于其他点退行 .个别星系的谱线蓝移表示离我们距离近的一些星团或星系的本动超过了膨胀运动 .192 9年 ,哈勃利用美国哈佛大学女天文学家勒维特 (H .S .Leavitt)发现的造父变星的周光关系确定星系的距离 ,发现了星系光谱的红移与星系离我们的距离成正比关系 .当时他掌握的资料只有 33个近距离星系的数据 ,距离测量也不准确 ,数据分布非常弥散 ,离拟合的直线很远 .但是后继研究却证明了上面的关系是正确的 .两年后 ,1931年 ,哈勃积累了更多的更远的星系的数据 ,发现这个关系仍然成立 ,而且拟合的质量好多...     

婴孩宇宙，黑洞的后裔

在这次讲演里,我想谈谈黑洞,和它的后裔──婴孩宇宙.掉进黑洞已成为科学幻想中的恐怖情节.实际上,黑洞可以说是真正的科学事实,而非科学幻想.我将说明,有很好的理由来预言黑洞的存在.观测证据有力地表明,在我们的星系里有若干黑洞,在别的星系里也有. 当然,科学幻想作家们最感兴趣的是:假如你掉进黑洞,将会发生什么.通常的设想是,黑洞在旋转,你可以穿过时空中的一个小孔,然后到达宇宙的另一区域.显然这增加了太空旅行的可能性.的确,我们需要这样的好事情,即在将来能够实现到别的星球(姑且不谈别的星系)旅行.否则,没有任何东西跑得比光快的事…     

黑洞照亮宇宙——银河系中心黑洞及其物理意义

2020年度诺贝尔物理学奖颁发给为黑洞和超大质量致密天体做出突出贡献的三位科学家,他们分别从理论和观测上提供了令人信服的证明和证据.他们的工作打开了理解宇宙中大质量天体命运的窗口.人们普遍相信超大质量黑洞存在于每一个星系的中心,是这些黑洞照亮了再电离时期的宇宙,也是它们为揭开宇宙膨胀历史、暗能量宇宙演化性质、纳赫兹低频...     

时间之箭知几许?

 四、黑洞的时间之箭1972年,著名物理学家惠勒(J．A．Wheeler)和他的研究生贝肯斯坦(J．D．Bekenstein,现任以色列纳吉夫大学教授)一起,提出一个关于黑洞的关键性见解,即当星体发生引力坍缩形成黑洞或外物落入已经形成的黑洞时,星体物质或外物部将毫无例外.     

超弦与M理论

 1.弦与相互作用统一理论20世纪物理学的两个最伟大成就是量子论与相对论。量子场论描述微观世界的基本粒子及其相互作用。广义相对论作为引力理论描述像星体、星系、黑洞及宇宙一类大尺度、巨质量体系。理解一般物理系统要么利用量子场论,要么求助于广义相对论,不会交叉动用这两个不同的理论体系。但是的确存在一些极端物理情景既涉及巨质量(需要广义相对论)又牵连极小距离尺度(需要量子场论),这类体系的正确理解必须建立在一个广义相对论与量子场论相互协调的框架内,换句话说就是需要量子引力理论。     

认识黑洞的首个直接“视觉”证据

2019年4月10日,由黑洞事件视界望远镜(Event Horizon Telescope,EHT)合作组织协调召开新闻发布会,全球多地同时发布了黑洞的首个直接"视觉"证据。作为人类捕获的首张黑洞照片,它展示了5500万光年外的椭圆星系M87中心超大质量黑洞的图像,看到了黑洞"阴影"和周围环绕的新月状光环。EHT的此次观测结果从强引力场的角度验证了爱因斯坦广义相对论,有助于研究黑洞的吸积以及喷流的产生。文章着重介绍为什么给黑洞"拍照",选择哪些黑洞模特"拍照",如何给黑洞"拍照",获得的数据经过怎样的后期处理和分析才能生成大家看到的"照片";此外还将介绍在此次合作项目里的中国贡献,最后对黑洞高分辨率成像领域进行展望。     

黑洞在星系碰撞中成长

<正>天文学家知道多数超大质量黑洞会随着时间的推移由小到大。不过这种成长是怎样发生的?研究者测量一个类星体(61亿光年远处一个星系的闪亮核心)中超大质量黑洞的旋转情况后,认为黑洞很可能是通过其所在星系与其他星系合并时成长的。研究者能够研究类星体的细节,要归功于引力透镜的放大效果,其前方的大质量星系团     

黑洞潮汐撕裂恒星事件及其回响

超大质量黑洞普遍存在于星系中心,当星系中一颗恒星运动足够靠近黑洞时,会被黑洞的潮汐力撕裂瓦解,产生一个主要能量在软X射线到紫外的耀发事件,称为恒星潮汐撕裂事件(TDE)。作为黑洞特殊的爆发性吸积事件,TDE正成为蓬勃发展的时域天文的主要研究目标之一。虽然TDE很罕见,但它蕴含的巨大科学价值逐渐引起了人们的兴趣和关注,有助于理解黑洞吸积相关的物理。除此之外,TDE照射在黑洞周围星际介质上还会产生气体和尘埃的回响信号,不仅为探测星系核区的星际介质环境提供了有效手段,还揭示了一种全新的探测TDE的途径,尤其是被尘埃遮蔽的源。作者基于此做出了一系列开创性的前沿研究。     

给正在进食的黑洞称重

 去年, 天文学家在一个非常遥远的星系中心观测到一颗恒星被一个巨大黑洞撕碎时发出的遇难光焰。光焰因发现它的“雨燕”(Swift)卫星而被命名为雨燕J1644+57, 雨燕卫星给出了其位于天龙座的天体坐标。现在, 正像研究者在《科学》网站上报道的那样, 死去恒星的光焰仍然盘旋在黑洞周围, 并放射出X 射线, 从而暴露了凶手的质量。     

黑洞风比预期的强烈

<正>一个国际合作团队宣称,黑洞向星系中发射出的能量比以前估计的要更多。该团队在M83星系中观察到一颗微类星体,发现该类星体发射出的能量比对相同质量的黑洞所预计的多。这一发现有助于改进黑洞演化的模型,并可以使我们进一步了解黑洞对于早期宇宙中气体的影响。微类星体由一个像黑洞那样的致密的核心和围绕该核心的吸积盘