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假如一個裸奔黑洞沖向太陽系,能發(fā)現(xiàn)嗎?我們會看到什么景象?

 星辰大海種花家 2019-10-03

各位不要驚奇,還真有一個黑洞朝著地球飛來,當然這個GRO J1655-40是一個雙星系統(tǒng),因此只要觀測雙星中的那顆恒星就知道這個黑洞飛到哪里了,但圍觀群眾可不這么覺得,假如是一個獨立的黑洞,周圍啥都么有,我們能觀察到它飛到哪里了呢?萬一這是要往太陽系,這可如何是好?

GRO J1655-40雙星系統(tǒng)黑洞是一種什么樣的天體?

這是天蝎座方向一個距離地球約11000光年的雙星系統(tǒng),一顆F光譜的恒星(比太陽大),另一顆是一個小質(zhì)量的黑洞,正以110千米/秒的速度沖向太陽系。這種怪異天體誕生方式一般早先是一個雙星系統(tǒng),然后另一顆恒星質(zhì)量比較大,發(fā)展比較快,過早的從主序星進入紅巨星,隨后超新星爆發(fā),中心誕生了黑洞,

而后期伴星也漸漸發(fā)展的巨星,恒星內(nèi)部超強的輻射壓逐漸戰(zhàn)勝引力,直徑膨脹,成為紅巨星,漸漸落入黑洞的引力范圍,成為其吸積盤中物質(zhì)的來源。而黑洞在這個過程會以及各方式影響伴星:

  • 黑洞影響伴星的運行軌道,觀測到超過預(yù)計的軌道變化

  • 黑洞運行會導(dǎo)致主星光譜出現(xiàn)非正常的引力紅移

  • 吸積盤物質(zhì)會發(fā)射X射線,一般觀測到異常X射線即可判定有致密天體在搗鬼。

盡管黑洞看不到,但可以通過觀測伴星的異常計算出周圍黑洞的質(zhì)量,從而達到了解隱藏在伴星背后的“魔鬼”的真相!

假如一個裸奔的黑洞正在前往太陽系,我們能發(fā)現(xiàn)嗎?

黑洞有幾個特征供我們研究,這也就是著名的黑洞無毛定理,我們能拿到的參數(shù)最多只有三個,分別是:

  • 質(zhì)量

  • 角動量

  • 電荷

電荷這個參數(shù)就不用看了,即使有我們也無法測定,角動量在沒有確定黑洞位置以及其他附加影響之前,我們也無從談起,唯一能讓我們感知的就是質(zhì)量!那么質(zhì)量會產(chǎn)生哪些附加影響呢?

  • 吸積盤

  • 引力透鏡

兩者產(chǎn)生的機理是不一樣的,但本質(zhì)都是由質(zhì)量引起,吸積盤需要周圍有塵埃物質(zhì),當然最好就是吞噬恒星物質(zhì),這樣的吸積盤會比較“明亮”,因為物質(zhì)量大,而且本來就是高能物質(zhì)。假如這顆流浪黑洞運行到星際空間,周圍物質(zhì)及其稀疏時,就很難根據(jù)吸積盤來發(fā)現(xiàn)了,因為它發(fā)出的X射線實在太微弱,那么就只能根據(jù)另一個方式來感知黑洞了。

銀心黑洞的X射線耀斑

引力透鏡,這是廣義相對論中引力彎曲光線的事實反映,但這有一個前提要求,黑洞處在背景星系或者恒星和地球中間,此時我們方可以通過引力透鏡來觀測。黑洞是高致密天體,因此它形成的也是強引力透鏡,背景目標變化是比較明顯的。

引力透鏡原理,當然當然并不只是原理圖,現(xiàn)實中我們也觀測到了大量的引力透鏡現(xiàn)象。

哈勃太空望遠鏡獲得的21個強引力透鏡圖像數(shù)據(jù)。每幅小圖中心橘黃色的是前景透鏡星系,圍繞著透鏡星系的藍紫色結(jié)構(gòu)是背景萊曼alpha發(fā)射體的多重圖像。當然您肯定發(fā)現(xiàn)了一個問題,即上圖中的透鏡體都是星系,那么前景是黑洞時效果會如何呢?

就如上圖這個效果,當然我們不可能看到中心的黑斑,因為距離遙遠,但效果大致如此。或者角度合適的話,則能明顯看到愛因斯坦環(huán)。

引力透鏡是我們發(fā)現(xiàn)裸奔黑洞的唯一方法,假如背景中沒有任何天體,而且黑洞經(jīng)過的區(qū)域無法形成吸積盤的X射線輻射,那么我們可以認為,這個黑洞在影響太陽系之前我們是無感的,它偷偷的摸到太陽系附近,我們都不會知道。

黑洞會哪種方式影響太陽系?

假如我們真的一路上都一無所知,那么到太陽系附近的時候我們也能發(fā)現(xiàn)端倪了,畢竟能稱得上黑洞的,質(zhì)量至少也是太陽的3倍以上,如此質(zhì)量出現(xiàn),引力擾動影響非??捎^的。

  • 對太陽系附近恒星引力擾動會被觀測到

這可以理解,太陽系附近天體都只有數(shù)光年,一個太陽質(zhì)量3倍以上的天體闖入,猶如小石頭丟進池塘,影響是可觀的。

  • 奧爾特云內(nèi)的彗星類天體進入太陽系內(nèi)行星數(shù)量急劇增加;

彗星每年都很常見,隔三差五的都會有幾顆,但肉眼能觀測到的極少,假如某個時間段,比如數(shù)年內(nèi)肉眼可見彗星大大增加,或者史無前例的大型彗星出現(xiàn),甚至比哈雷彗星都要明亮,那么我們可以保證,奧爾特云內(nèi)肯定有一個大物件出現(xiàn)了,在哪里,根據(jù)這些彗星的來源軌道計算下引力擾動的方向,大致就可以確定位置。

海爾-波普彗星

  • 吸引了奧爾特云內(nèi)物質(zhì)后可能會出現(xiàn)吸積盤

這比較能說明問題,因為物質(zhì)密度增加,而且距離也近,因此吸積盤觀測的機會大大增加

  • 柯伊伯帶的小行星天體受到影響

首先還是大量彗星,此時影響內(nèi)行星或者直接撞擊的概率大大增加,因為柯伊伯帶的小行星密度明顯要高出不少,很大的概率是,此時的地球?qū)馐芤徊ㄐ行切纬梢詠淼牡诙ㄗ矒簦ǖ谝徊ㄊ堑厍蛐纬蓵r清理軌道小行星時的撞擊),生命應(yīng)該在此時已經(jīng)滅絕。

  • 柯伊伯帶外圍天體被奪走,開始環(huán)繞黑洞

太陽系邊緣,太陽的引力已經(jīng)罩不住了,黑洞在接近太陽的過程中,會和太陽的引力影響形成雙星系統(tǒng),但黑洞質(zhì)量遠超太陽,因此這次主動的就是太陽了,實力所然,太陽不得不低頭。

比較有可能的是構(gòu)成上圖這種雙星運動模式,太陽系成為伴星黑洞的雙星系統(tǒng),外行星會徹底被奪走,距離太陽比較近的內(nèi)行星可能會被太陽保留,但也有可能被甩出太陽系軌道成為流浪行星而逃出生天,因為留在這個星系中,超強輻射即可致死,而且黑洞會慢慢吞噬物質(zhì)。

最終的結(jié)局尚難預(yù)料,可能會形成未定的雙星系統(tǒng),也可能繼續(xù)靠近被慢慢吞噬,但估計應(yīng)該會發(fā)生在太陽的紅巨星階段。

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