宇宙如何在黑洞附近反射,它有什么样的机制?

cht 2023-02-02 5次阅读

  在黑洞附近,空间非常扭曲,甚至光线也可能在它们周围弯曲数次。

这种现象可能使我们看到同一事物的多个版本。

虽然这已经为人所知了几十年,但直到现在我们才拥有一个精确的数学表达式,这要感谢 Niels Bohr 研究所的学生 Albert Sneppen。

宇宙如何在黑洞附近反射.jpg

  你可能听说过黑洞——一种神奇的引力团块,甚至连光都无法从中逃逸。

你可能也听说过,在黑洞附近,空间本身甚至时间的行为都很奇怪;空间扭曲了。

  在黑洞附近,空间弯曲得如此之多,以至于光线被偏转,而非常靠近的光也可以被偏转得如此之多,以至于它绕着黑洞传播了好几次。

因此,当我们观察遥远的背景星系(或其他一些天体)时,我们可能很幸运多次看到相同的星系图像,尽管越来越扭曲。

  其机制如下图所示:一个遥远的星系向四面八方照射——它的一些光靠近黑洞并被轻微偏转;一些光线甚至更近,并在逃逸到我们面前之前绕洞一周,依此类推。

在黑洞附近看,我们看到越来越多的同一个星系版本,离我们正在观察的黑洞边缘越近。

来自背景星系的光围绕黑洞的次数越来越多,它越靠近黑洞,因此我们可以在多个方向看到同一个星系.jpg

  你必须从一张图像中看离黑洞多近才能看到下一张图像?结果已经为人所知 40 多年,大约是 500 倍(对于数学爱好者来说,更准确地说是“两个 pi 的指数函数”,写作 e2π)。

  计算它是如此复杂,以至于直到最近,我们还没有形成一种数学和物理直觉来解释为什么它恰好是这个确切的因素。

但是使用一些聪明的数学技巧,来自宇宙黎明中心的硕士生 Albert Sneppen 现在成功地证明了原因。

  “现在理解为什么这些图像以如此优雅的方式重复出现的原因是非常美妙的。

最重要的是,它提供了新的机会来测试我们对引力和黑洞的理解。

”Albert Sneppen 澄清道。

  用数学方法证明某些东西不仅本身令人满意;事实上,它使我们更接近于理解这一奇妙的现象。

因子“500”直接来自黑洞和重力的工作方式,因此图像的重复现在成为检查和测试重力的一种方式。

扭曲的空间.jpg

  作为一个全新的特征,斯内彭的方法还可以推广到不仅适用于“微不足道”的黑洞,也适用于旋转的黑洞。

事实上,他们都这样做。

  “事实证明,当它旋转得非常快时,你不再需要以 500 倍的距离接近黑洞,但要少得多。

事实上,每张图像现在距离黑洞边缘只有 50 或 5 倍,甚至只有 2 倍。

”Albert Sneppen 解释道。

  每张新图像都必须靠近黑洞 500 倍,这意味着图像会迅速“压缩”成一张环形图像,如右图所示。

在实践中,许多图像将难以观察。

但是当黑洞旋转时,“额外”图像就有更多的空间,因此我们可以希望在不久的将来通过观察来证实这一理论。

通过这种方式,我们不仅可以了解黑洞,还可以了解它们背后的星系:

  光的传播时间越长,它绕过黑洞的次数就越多,因此图像变得越来越“延迟”。

例如,如果一颗恒星在背景星系中爆炸为超新星,人们将能够一次又一次地看到这种爆炸。


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