我们怎么知道有黑洞？

黑洞是宇宙中最神秘和最迷人的特征之一，自18世纪以来一直吸引着科学家，包括阿尔伯特·爱因斯坦和斯蒂芬·霍金。

它们经常被描述为消耗周围的气体，这是重力如此强烈的结果，以至于没有什么能逃脱它的拉力，即使是宇宙中已知最快的旅行者：光本身。但是，如果黑洞不发射或反射光，这意味着我们看不到它们，天文学家怎么知道它们在那里呢？

“S2”和中央黑洞

周围的其他恒星的运动 由马克斯 – 普朗克外星物理研究所（MPE）的研究人员领导的一个国际天文学家团队直接观测到一颗正常的恒星围绕银河系中心的超大质量黑洞运行。视频字幕（无音频）.图片来源：ESO。

答案实际上适用于物理学和深空天文学研究的许多学科——当你不能直接观察某物，或者你无法解释你所看到的东西时，你会根据你所看到的东西做出有根据的猜测：对其他物体的影响。在地球上，你可以知道这是一个刮风的日子，不用走出去，因为一面旗帜正在飘扬。天文学家知道，当周围的恒星或气体被扭曲或以其他方式改变时，就会有一个黑洞。这些影响以几种方式表现出来。

艺术家的插图显示了黑洞天鹅座X-1从伴随的蓝星上拉出物质。图片来源：NASA，CXC，M. Weiss。在资源库中获取完整的天鹅座 X-1 插图

天文学家可以观察到一颗恒星在围绕看不见的伴星的轨道上加速，而不是一颗可探测的双星伴星（见上面的视频）。通过测量轨道恒星的加速度，天文学家可以计算出拉动它的物体的质量;当这个质量如此之大，以至于没有其他任何东西可以解释它时，天文学家得出结论，它是一个黑洞。

在其他情况下，X射线望远镜可以观察到来自靠近黑洞并被其引力拉开的恒星的电磁辐射。这些黑洞以一种称为吸积盘的漩涡模式在自身周围积累宇宙物质。圆盘中的气体颗粒加速并碰撞，加热到数百万度并发出可检测的X射线。造成这些类型现象的黑洞的质量至少是太阳的三倍，被归类为恒星黑洞。

在更大的尺度上，超大质量黑洞的质量超过一百万个太阳，因此其发展和生长必须与恒星黑洞截然不同。根据对星系中心强烈的引力和能量的观测哈勃太空望远镜自1990年代初以来，有证据表明，几乎所有大型星系（包括银河系）的核心都有超大质量黑洞。

随着质量的增大，从而产生更大的引力，超大质量黑洞会吸引更多的物质，这些物质变得更热、更不稳定。在某些情况下，这种超热物质会以数百万光年的气体射流形式射入宇宙。天文学家已经观察到这些气体喷射，称为流出，并将其视为一种方式调节星系的扩张和新恒星的诞生。

为了看到尘埃，恒星和气体云的动态舞蹈被撕碎并落入黑洞，天文学家需要强大的望远镜。哈勃望远镜在以下方面取得了重大进展确认并研究银河系超大质量黑洞。詹姆斯·韦伯太空望远镜强大的红外仪器将穿透宇宙尘埃并分析流出的细节，提供有关这一过程及其在星系演化中的作用的新信息。

韦伯还将能够“看到”更深的太空，从而更远地回到过去，形成第一批恒星，星系，也许还有黑洞。天文学家认为，早期黑洞的发展速度比更近/最近的黑洞要快得多，这意味着观察这些早期的宇宙公民将揭示他们后代的本质，我们的邻居我们很熟悉，并且已经研究了几十年。

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