为什么很难识别黑洞

A.天文学家有时可以字面上的错误。我们喜欢用我们看到的来称呼事物。例如，如果它是红色的，而且体积很大:“红巨人”。白矮星:“白矮星。”大爆炸:“大爆炸”。黑暗吞噬一切:“黑洞”。大多数情况下，用这种方法分类物体效果很好——要么是新的，要么是我们已经知道的东西。但有时，就像冥王星一样，我们做出新的观察，迫使我们质疑它的名字，重新评估它，并以不同的方式识别它。你可能会认为这种情况永远不会发生在像黑洞这样定义明确的物体上，但你错了。

虽然我们不能直接观察它们，但我们可以看看恒星质量和超大质量这两种黑洞是如何影响周围环境的。恒星质量黑洞是一颗垂死的恒星形成超新星并自行坍塌的产物，是近一个世纪前爱因斯坦广义相对论预测的更为常见的黑洞；它们通常只影响最近的一两颗恒星的行为。另一方面，超大质量黑洞的质量要大一百万倍以上。我们仍然不知道这些星系是如何形成的，但我们相信它们存在于几乎每个星系的中心，有时有能力改变整个星系的外观。

这种质量失真的能力使得刻画特大质量黑洞变得特别棘手。当星系中心的恒星、气体和尘埃离超大质量黑洞越来越近时，它们就会越来越紧密地挤进越来越小的空间，不断升温，直到达到一个关键距离，所有东西都被撕裂，变成原子粒子。当我们发现超大质量黑洞时，我们实际上看到的是轨道上的碎片(即吸积盘)辐射出来的热量，而不是黑洞本身。

一些超大质量黑洞比其他黑洞“吃”得更多，在这个过程中，它们发出的光比它们不太活跃的兄弟要多得多。这些“活动星系核”，简称AGN，是宇宙中最强大、最具活力的力量之一。它们不仅释放热量，还经常以平行（光束）射流的形式喷射物质，垂直于盘的平面，喷射出星系核心，不仅使吸积盘变小，也使星系本身变小。更重要的是，一些活动星系核有一个尘土飞扬的圆环，几何上相当于一个甜甜圈，与它们的吸积盘在同一个平面上，但要大得多，厚得多。如此之厚，事实上，如果你从侧面看，你根本看不到圆盘，更不用说中间的黑洞了（如上图所示）。

尽管有agn的标准模型——一个被吸积盘包围的超大质量黑洞，吸积盘的喷流向相反的方向喷射，所有这些都被一个尘埃环所包围——但我们的观测仍然是一个挑战:我们看到的光并不总是描绘出相同的画面。有时我们看到喷流，有时看不到。有时我们看到环面，有时看不到。有时，我们看到的光如此密集和明亮，以至于我们甚至不知道那里是否有一个星系。我们对这些观测结果进行了相应的标记:在遥远的距离上，AGN的核心非常明亮，在可见光中比它们的所有恒星都要亮，被称为类星体(代表“准恒星”)，就像上图所示;在红外线下发出强烈光芒的AGN被称为塞弗特，以天文学家卡尔塞弗特(Carl Seyfert)的名字命名，他在1943年首次发现了它们;AGN的核心和喷流发出的光在射电光谱中占主导地位，被称为射电星系。

如果它们都由超大质量黑洞提供燃料，为什么AGN看起来不都一样?原因之一可能是我们的观点。AGN的统一理论假设所有AGN都有相同的基本组成块(吸积盘、喷流、环面);根据这一理论，我们观察到的显著差异，都是由于它们在空间中的方向。

在地球上，我们只有一个观测宇宙的有利位置。我们看到星系随机分布在我们周围，有些是面朝上的，有些是面朝上的，其余的都是夹角。除了它们呈现给我们的视角，我们不能飞到其他角度去观察这些星系。但随着超级计算机的出现，我们现在可以比以往任何时候都更好地模拟这些星系，并尽可能地在它们周围飞行，从任何角度欣赏风景。我们可以把一个AGN转过来，这样我们就可以直接观察其中一个喷流，朝向星系核心，让它看起来像blazar，一种燃烧的类星体。开始倾斜AGN，直到喷流旋转90度远离我们，它似乎从耀blazar变成了类星体，最后变成了Seyfert。

然而，AGN的统一远非天体物理学中一个已解决的问题。除了我们的观点，可能还有其他因素在起作用，比如黑洞内部和周围的物理过程我们还没有完全理解，或者我们还没有想过要进行测量。随着我们建造更好的望远镜和积累新的数据，我们只能希望我们能看到这些活动星系核的真实面目。否则，我们可能需要更多的名字。

夏·阿什(Summer Ash)是哥伦比亚大学天文学系外联部主任。她还是瑞秋·玛多秀的“内部天体物理学家”，推特账号是@Summer_Ash。

观看:看电影星际的正确地描绘黑洞?

这篇经典的事实如此浪漫的帖子最初发表于2015年11月。