黑洞，是愛因斯坦引力場方程推導(dǎo)出的宇宙天體。由于無與倫比的強(qiáng)大引力，黑洞在宇宙中從來都沒有什么“對手”。不論是什么天體或者物質(zhì)靠近，都會被吞進(jìn)黑洞的“腹中”。唯一可以和黑洞抗衡的，只有它們的同類。 2016年，科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)雙黑洞合并的現(xiàn)象，并且借此檢測到了引力波，證明了愛因斯坦的預(yù)言。接下來，科學(xué)家們又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了幾次雙黑洞合并的現(xiàn)象，每一次發(fā)現(xiàn)，都讓科學(xué)家們興奮不已，不僅可以驗證愛因斯坦的其他理論，也可以見證這宇宙級別的恐怖碰撞。 雙黑洞是那么迷人，讓無數(shù)科學(xué)家耗費大量心血，投入到相關(guān)的研究中。尤其是兩個超大質(zhì)量黑洞的系統(tǒng)，更是可以通過強(qiáng)大的引力證明許多平時根本沒有機(jī)會證實的理論。 在距離我們35億光年的位置，有一個非?；钴S的星系——OJ 287。最早在1891年的時候，就有人觀測到OJ 287。但是，經(jīng)過了100年左右的時間，科學(xué)家們才真正了解了它。據(jù)觀測，OJ 287是一個蝎虎座BL型天體，也就是典型的耀變體。它的核心區(qū)域極其活躍，這是源自于一顆質(zhì)量達(dá)到太陽180億倍的恐怖黑洞。根據(jù)天文學(xué)家史瓦西提出的公式可以知道，這個黑洞的視界半徑達(dá)到了720個天文單位，也就是1080億公里，是冥王星軌道的9倍。 這個黑洞的特殊之處不僅在于其恐怖的質(zhì)量，也在于它周圍還有另外一個超大質(zhì)量黑洞。后者的質(zhì)量為太陽的1.5億倍，同樣是宇宙中非常巨大的黑洞，只可惜在它的面前竟然毫不起眼。不過，如果把它放在太陽系的中心，它的視界范圍也足以覆蓋小行星帶。 （圖片說明：兩個超大質(zhì)量黑洞視界范圍示意圖） 自從確認(rèn)了兩個黑洞的存在后，科學(xué)家們就持續(xù)觀測著它們。因為他們相信，總有一天，兩個黑洞會發(fā)生合并事件。這一觀測，就是幾十年的時間。 據(jù)觀測，兩個黑洞相距1/5光年，也就是大約19000億公里。盡管如此，由于強(qiáng)大引力導(dǎo)致的超高公轉(zhuǎn)速度，二者的公轉(zhuǎn)周期竟然只有12年的時間。 從望遠(yuǎn)鏡傳回的照片中可以看到，較大黑洞強(qiáng)大的相對論性噴流以半規(guī)則性的周期貫穿周圍的宇宙空間，比10000億顆恒星的亮度還高，十分壯觀。不過，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，不論是它離奇的周期還是強(qiáng)大的相對論性噴流，都不是它獨自就能夠形成的，這與較小的黑洞有著密切的關(guān)系。 （圖片說明：較小黑洞影響較大黑洞相對論性噴流示意圖） 實際上，較小的黑洞和較大黑洞的吸積盤并不在同一個平面上，而是呈現(xiàn)出較大的傾斜角，并且軌道偏心率極高。正是在公轉(zhuǎn)的過程中，較小的黑洞會穿越較大黑洞的吸積盤，然后通過自己的引力甩出其中的物質(zhì)，產(chǎn)生了12年周期的強(qiáng)大噴流。不過，由于公轉(zhuǎn)并不穩(wěn)定，所以這個周期也并不永遠(yuǎn)固定，有的時候兩次噴流間隔是10年，甚至有的時候隔1年就會出現(xiàn)一次。 不過，由于它們的觀測數(shù)據(jù)由于從19世紀(jì)末就被收集，所以天文學(xué)家們已經(jīng)能夠?qū)@一軌道進(jìn)行建模，并準(zhǔn)確預(yù)測了最近的兩次噴流。其中一次發(fā)生在2015年12月，時間精度為三周，第二次在2019年7月31日被斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡捕獲，而且這一次的噴流精確地在預(yù)測的那一天出現(xiàn)。 （圖片說明：兩個黑洞的軌道示意圖） 2016年，當(dāng)科學(xué)家通過其他兩個黑洞的碰撞所產(chǎn)生的引力波證明了愛因斯坦百年前的預(yù)言后。觀測OJ 287的科學(xué)家們也意識到：除了觀測兩個黑洞詭異的相對論性噴流之外，他們還可以借助OJ 287進(jìn)行很多方面的研究，于是也展開了對其內(nèi)部引力波的觀測。 不僅如此，OJ 287對于另一個重要理論也有著不同尋常的意義，可以提供重要的證據(jù)，那就是黑洞無毛定理。 黑洞無毛定理，是1973年霍金、卡特爾通過嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)證明：無論什么樣的黑洞，其最終性質(zhì)僅由幾個物理量（質(zhì)量、角動量、電荷）唯一確定。也就是說，任何物體在進(jìn)入黑洞之后，除了質(zhì)量、角動量和電荷這三個信息（他們比喻為毛發(fā)，因此叫無毛定理），其余的信息都會消失。 由于黑洞本來就極難觀測，所以黑洞無毛定理在很長時間內(nèi)都沒有辦法證明。在以往的研究中，科學(xué)家們只能通過計算機(jī)建模，分別觀測有毛黑洞和無毛黑洞哪一個更符合實際的觀測數(shù)據(jù)。 2010年，印度孟買塔塔基礎(chǔ)研究所的科學(xué)家們根據(jù)考慮了無毛定理的模型推測下一次噴流發(fā)生的時間。就像我們上面說的，這次噴流果然精確地在2019年7月31日達(dá)到亮度峰值，預(yù)測的時間精度在4小時之內(nèi)。如果按照黑洞有毛的假說，那么它就不會在這個時間出現(xiàn)。 至此，在差不多50年后，霍金等人提出的黑洞無毛定理，終于被證實。 在科學(xué)的發(fā)展過程中，經(jīng)常會有人提出一些科學(xué)理論，卻要等到身后才能被后人證明。就像愛因斯坦、霍金一樣，雖然生前的時候，就已經(jīng)讓公眾相信了他們的理論，但是在科學(xué)上仍然有待證明。在臨終的時候沒能看到理論被證明，不知道他們是怎樣的心情。我想，以他們的人生態(tài)度和哲學(xué)，應(yīng)該不會太執(zhí)著于此 只不過，他們走在了人類的前面，為人類開辟了一條大路，同時又留下一排排腳印，等待著后人去追趕…… |
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