什么？黑洞也会发光？科学家：本身不发光，但物质靠近时会发光

故事 06-24 来源：天文在线

黑洞本身不发光。这就是为什么它被称为黑洞。然而，靠近黑洞的物质可以根据黑洞的引力发出光。

黑洞的艺术再现黑洞及其发光的吸积盘。

公共域图像，来源:Christopher S. Baird。

黑洞是一个引力很强的空间区域，任何东西在此都无法逃脱，甚至是光。有意思的地方在于，光虽没有质量，重力也能影响它。如果引力遵循牛顿万有引力定律，那么万有引力对光确实没有影响。然而，引力遵循一套更为现代的定律，即爱因斯坦广义相对论。根据广义相对论，引力实际上是由空间和时间的弯曲引起的。由于光在直线上穿过直线时空，时空的弯曲使光沿曲线运动。

光路的引力曲率是太过微弱，以至于我们在地球上无法注意到它。然而，当重力非常强时，光的路径弯曲则变得非常明显。黑洞是一个时空如此弯曲的区域，以至于光最终能走的每一条可能的路径都会弯曲并回到黑洞内部。因此，一旦一束光进入黑洞，它就永远无法离开。因此，黑洞是真正的黑色，它从不发光。

然而，这种限制只适用于黑洞内的点。在黑洞附近（不在黑洞内部）的光，肯定可以逃逸到宇宙的其他地方。事实上，正是这种效应使我们能够间接地“看到”黑洞。例如，在我们星系的中心有一个超大质量的黑洞。但如果你把一个高倍望远镜对准我们星系的中心并放大，你什么也看不到。黑洞本身就是黑的。黑洞的引力是如此之强，以致于它附近的几颗恒星都绕着黑洞转。

由于这些恒星实际上位于黑洞之外，所以这些恒星发出的光可以很好地到达地球。当科学家们用高倍望远镜在银河系中心观测了好几年之后，他们看到的是几颗明亮的恒星围绕着同一个空白点旋转。这一结果表明，该地点是一个超大质量黑洞的位置。

另一个例子是，一个巨大的由气体和尘埃组成的云团可以落向黑洞。在没有摩擦的情况下，黑洞的重力只会导致气体粒子绕黑洞旋转而不是掉进去，就像恒星绕黑洞旋转一样(即黑洞不吸入)。然而，这些气体粒子不断地相互碰撞，从而将它们的动能转化为热能。随着动能的损失，气体粒子会更靠近黑洞。通过这种方式，摩擦导致巨大的气体云向黑洞旋转，并在途中升温。

最终，气体云落入黑洞并成为黑洞的一部分。然而，在气体真正进入黑洞之前，它已被加热到足以开始发光，就像烤面包机在加热时会发光一样。发出的光主要由x射线组成，也可以包括可见光。由于这种光是在气体进入黑洞之前由气体发出的，所以光可以逃逸到宇宙的其他地方。这样，即使黑洞本身不发光，光也能从黑洞外发光的气体云中发出。因此，我们可以通过观察黑洞周围发光的气体云间接地“看到”黑洞。这种气体云被称为吸积盘。当气体的原子变得足够热时，原子的电子就会被剥离，导致原子变成离子。大部分电离的气体云称为等离子体。

情况变得更加有趣。随着等离子云越来越靠近黑洞，等离子体运动得越来越快。与此同时，所有这些等离子体的空间越来越小。由于这种高速和拥挤效应，一些等离子体反弹到远离黑洞的地方。这样就形成了两个巨大的发光等离子体喷流，它们被称为天体物理喷流。喷流将等离子体射向远离黑洞的地方，再也不会回来，这同样也可能是因为喷流中的等离子体从未真正进入黑洞。当这些喷射流由超大质量黑洞产生时，它们可以延伸到几十万光年。例如，下图显示了哈勃太空望远镜拍摄到的M87星系的照片。图片左上方亮黄色的点是星系的中心区域，而紫色的线是星系中心特大质量黑洞产生的发光天体物理射流。总而言之，黑洞本身不能发光，但它的强引力可以在黑洞外形成吸积盘和天体物理喷流来发光。