《从零学相对论》连载(18)

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1、第32卷第l2期大学物理VoL32No．122013年l2月COLLEGEPHYSICSDeC．20l3《从零学相对论》连载⑩梁灿彬，曹周键(1．北京师范大学物理系，北京100875；2．中科院应用数学所，北京100190)搜寻过，但是都不成功，因为每个“疑似黑洞”的不§7．5黑洞的搜寻可见性都可以用传统的、更易接受的非黑洞方法加广义相对论在1915年诞生后，经历了近半个世以解释，实在没必要认为它是黑洞这个怪物．纪的“冬眠期”，主要原因是理论自身的深奥以及应上述搜寻方法只涉及黑洞的一个性质，即它在用价值尚无体现．虽然奥本海默和

2、斯奈德早在1939外部产生引力场并导致可见伴星围绕它转．但是可年就揭示了黑洞存在的可能性，但绝大部分天文学见伴星离它还不够近，还未感受到黑洞视界紧邻处家都不为所动，无人问津．20世纪60年代是广义相的超强引力场．应该充分利用黑洞超强引力场造成对论和天体物理学的转折期，这一时期之所以不平的效应．苏联的捷尔多维奇和诺维科夫于1966年想凡，是因为天文观测有了许多重大发现．例如活动星到，如果黑洞外面存在气体(这常会有)，就会被黑系核、类星体(其发射功率竟比亿万颗恒星的功率洞吸引到视界附近，超强引力场就会将它加速而达还大，见本节末)、

3、宇宙微波背景辐射以及脉冲星等到高温并发光．但是，孤立黑洞周围的气体密度太等。这里的许多现象很可能与广义相对论密切相关，低，流向黑洞的气体太少，发光效应很不明显．他们广义相对论正好在这一领域找到自己的用武之地．进一步设想，如果黑洞与一个紧邻的、质量很大的可这些发现迫使天文学家改变态度，他们逐渐认识到见恒星结伴组成双星系，恒星表面的大量气体就会广义相对论对天体物理研究的重要性．于是，广义相源源不断地流进黑洞．略去其中的物理细节，其结果对论预言的黑洞的天文观测(搜寻)也就被提上了是：气层之间的磨擦将把进入黑洞前的气体加热到日程．1千

4、万度的高温，以至可以发射x射线[电磁波谱中观测黑洞?谈何容易!首先，它是黑的；其次，频率很高(因而光子能量很大)的波段]．这种发光它非常小；第三，它离我们很远．作为重星坍缩的产效应(指发出x射线)应该是含有黑洞的双星系的物，最靠近地球的黑洞也有数十光年之遥，对我们的重要特征．天文学家把能发射x射线的星体称为x张角只有10角秒的量级．用望远镜直接观测这么射线星．不过，中子星充当不可见伴星时的引力场也一个小黑点是毫无指望的．要想找到黑洞，必须设法很强，也能发射x射线．为了最后确定所探测到的x观测那些既与黑洞有关又会发光(因而可被观

5、测)射线星的确是黑洞，就要以其质量为判断．如果质量的对象．首先想到的对象是双星系的可见伴星．前面比中子星的质量上限3M还大得多，它就应该是黑讲过，天狼星其实是双星系，其中的不可见伴星(天洞了．请注意这种搜寻方法仍然沿用上面所讲的思狼B)是白矮星．我们知道它的存在，是因为可见伴想——观测那些既与黑洞有关又会发光的对象，只星(天狼A)不断围绕它转(更准确地说是两者围绕不过现在的光是x光，发光的对象则是高速进入黑共同的质心转)．如果一个双星系的不可见伴星是洞的气体．黑洞，同样可以从其可见伴星围绕它转来判断它的于是，搜寻黑洞的重任就落

6、在了x射线天文学存在性．1964年，苏联天体物理学家捷尔多维奇在家的肩上．x射线天文学始于20世纪40年代．由于研究生古赛诺夫的协助下，在浩繁的双星系编目表x射线不能穿透地球大气层，当时只能借火箭把探中选了5个有希望的黑洞候选者．1968年，这份候测仪带到大气层以外．在有了人造地球卫星之后，探选者名单又被美国相对论学家索恩(Thorne)扩充到测仪自然就可以搭乘卫星做长时间的飞行．1970年8个双星系．如果其中某个双星系含有一个不可见12月，第一颗x射线探测卫星“自由号”(音译名为伴星，而且质量远大于中子星质量上限(3M)，它

7、“乌呼鲁”)在肯尼亚发射升空，1973年3月停止工就很可能是黑洞．虽然苏美天文学家都用这种方法作．飞行期间做出了里程碑式的贡献，一共探测到大学物理第32卷以下是近年来对超大质量黑?同的几个重要观测不过向红色方向有很大的移动(谱线的多普勒红事例．移)．不久，又有人认出3C48的光谱线也是熟悉谱(1)从1997年起，利用位于北半球的、由l0个线(发自镁、氧和氖)的红移结果，而且红移量更大．射电望远镜组成的阵列，中科院上海天文台沈志强由于这些射电源很像恒星，所以起名为类星体研究员领导的一个国际小组进行了大量观测，在5(quasar)

8、．类星体最初是(作为射电源)在射电波段年中把射电波的“视线”步步逼近银河系中心的超上被发现的，其实它在光学波段、紫外波段和x射大质量黑洞，最终获得了世界上第一张3．5毫米波线波段都有很强的辐射，射电波段只占辐射中的很长的高分辨率图像，成为当时确认该黑洞的最令人少一部分．类星体