黑洞,是20世纪以来最具挑战性也最令人激动的天文学说之一,2020年诺贝尔物理学奖,就被授予了三位研究黑洞的科学家。黑洞究竟是什么?人类对于黑洞的了解又有多少?7月2日晚8点,中国科学院国家天文台研究员苟利君做客抖音“上知天文”直播间,为爱好天文学的青少年网友们带来一场关于黑洞的直播讲座。
苟利君是国家天文台恒星级黑洞研究创新小组负责人,从事黑洞相关的天文学研究多年。直播中,他向青少年网友们介绍了黑洞是什么、黑洞的形成、人类发现黑洞的过程等黑洞相关的宇宙知识,并回答了网友们提出的相关问题。
黑洞是广义相对论中存在于宇宙的一种天体,引力极其强大,以至于视界内的逃逸速度大于光速,时空曲率大到光都无法从其事件视界逃脱。黑洞在静态时是完美的球形,但在旋转中会变成椭球型。
苟利君介绍,通常意义上的黑洞是天体演化形成的黑洞,一颗正常的恒星在死亡时,通过自身质量的塌缩形成。这一类型的黑洞有其质量下限,约为三倍太阳质量。此外,近些年科学家们还发现了中等质量的黑洞和超大质量的黑洞。
近年来,许多天文科学家都在研究黑洞相关的课题。2020年,诺贝尔物理学奖就授予了三位天文学家,其中罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)使用巧妙的数学方法,证明了黑洞是广义相对论的预测产物。另外两位雷因哈德·根泽尔(Reinhard Genzel)和安德里亚·格兹(Andrea Ghez)则因为在银河系中发现超大质量的黑洞并精确测量到其质量而获奖。
直播中,苟利君还回答了青少年网友们提出的一些问题。有青少年网友针对电影《星际穿越》中宇航员穿越黑洞的情节提问:“现实中宇航员进入黑洞后会发生什么?”苟利君认为,首先要区分人能进入黑洞什么样的黑洞。当黑洞处于恒星量级或质量小一些时,黑洞的潮汐就会变得无限大,人尚未接近视界面就将被撕得粉碎。只有超大质量的黑洞,才能让人安全进入。
在靠近黑洞的过程中,人能够感受到头和脚之间力的大小差别,这被称为潮汐力。越接近黑洞的起点,人感受到的“潮汐力”越大。从理论上看,真实世界中人进入黑洞后,将会朝着黑洞的奇点运动,但也有可能尚未到达起点就已经被撕碎。
对于网友所提问的“太阳最终是否会变为黑洞”的问题,苟利君认为根据现有研究理论和观测数据,只有恒星质量大于20倍太阳质量时,最终才有可能演化为一个黑洞,因此太阳最终不会成为黑洞。
在学习天文相关知识方面,苟利君建议青少年从观察身边的现象入手,从学习物理规律入手:“我们生活中有很多有趣的现象,其中包含了深刻的物理规律。仔细留意生活,就会发现其中非常有趣的一面。希望青少年朋友能通过观察生活喜欢上物理,进而喜欢上天文。”
该系列天文直播由抖音“少年科学说”与“上知天文”科普传播中心联合推出。此前,该系列直播曾在国际小行星日前夕邀请北京天文馆馆长朱进为青少年讲解小行星相关知识,还曾邀请北京天文馆副馆长齐锐为青少年讲解外星人相关知识。
