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吴学兵主讲才斋讲堂第145讲:宇宙中的黑洞
日期: 2017-11-06  信息来源: 研究生院

在浩瀚的宇宙中,最神秘的天体莫过于黑洞。就在今年,三位物理学家因为探测到宇宙中黑洞合并产生的引力波获得了诺贝尔物理学奖。2017年11月2日晚,来自北京大学物理学院的吴学兵教授围绕宇宙中的黑洞这一主题,向同学们介绍了有关黑洞、类星体、引力波的相关知识,展示了国内外天文领域针对黑洞的研究成果,并介绍了自己团队对类星体超级黑洞的研究。研究生院副院长姜国华主持并全程参加了讲座。

吴学兵主讲才斋讲堂第145讲“宇宙中的黑洞”

黑洞一直以来都是受公众关注的热门话题,大家对于黑洞的想象和诠释多种多样,常见于各种电影电视、科幻文学作品之中。在讲座的开头,吴学兵教授解释了“黑洞”这个名字背后的含义。黑洞是存在于宇宙时空中无限的深渊,任何物质(包括光)都无法逃离这一漩涡,并会丧失其原本的各项属性和信息。这便是著名的黑洞无毛定理,旨在说明任何物体一旦被黑洞吞噬,其原本的特征将不复存在,只存在三个参数,即质量、角动量、电荷。值得注意的是,黑洞的质量和“温度”是成反比的,也就是说其质量越小,“温度”越高。另一方面,由于黑洞的“蒸发”效应,黑洞的寿命和质量的立方成正比,即黑洞的质量越小,其寿命越短。

在简要介绍黑洞的相关知识后,吴学兵教授谈到了恒星的演化过程。宇宙中的所有恒星都有一定的寿命,黑洞其实是大质量恒星爆炸后所留下的产物,小质量恒星是无法形成黑洞的。从这一点出发,吴学兵教授接着介绍了黑洞按照质量的分类方法,解释了原初、恒星级、中等质量、超大质量黑洞在观测难度上的不同。他强调,宇宙中的黑洞不是孤立的,黑洞强大的引力可以吸积周围的物质。另外,连续吸积的物质的引力势能可以转化为动能,部分动能可转化为辐射能,而吸积物质的释能效率是核反应的20倍。基于这个原因,我们可知越靠近黑洞的物质温度会越高,辐射也会越强。虽然黑洞自身确实是暗黑的,但黑洞附近却是可以被观测的,因此,天文学家可以通过探测黑洞附近的辐射来研究黑洞。

接下来,吴学兵教授又进一步谈及引力波的发现,引力波可以是两个黑洞合并所产生出的宇宙涟漪。相比其他星体,如中子星合并带来的丰富的可观测现象,黑洞合并所产生的现象往往很难观测,而引力波是其中最重要的一种。引力波的发现是天文学界的一个重要里程碑,科学家们终于能利用全新的观测手段探测到宇宙中引力波导致的微小形变,从而可更进一步地进行科学研究。2015年9月14日,通过美国LIGO引力波天文台探测到的引力波是距离我们13亿光年的两个黑洞合并所产生的,这标志着天文学界对黑洞认知的一项巨大突破。

吴学兵教授还介绍了宇宙中的类星体。类星体是中心有超大质量黑洞的遥远天体,通常以红移来表示他们的距离远近。吴学兵教授所带领的科研团队发现了迄今为止遥远宇宙中发光最亮、黑洞质量最大的类星体,受到了诸多国内外媒体、学术刊物的报道和关注。吴教授说道,研究类星体是一项非常有意义的任务,越遥远的类星体,承载着越多宇宙早期的秘密,是研究宇宙的宝贵探针。找到更多的高红移类星体,可以让科学家们着手研究整个宇宙的结构和演化过程。

在讲座最后,吴学兵教授谈到了现有的光学天文望远镜的优点与不足,以及在世界各地的分布状况。在我国,天文仪器的发展建造相比欧美国家仍有待提高,如果中国能加大在该领域的投入,及早建成高质量、大口径的光学天文望远镜,想必在不久的将来,中国科学家们将发现更多宇宙中遥远的黑洞,破解早期宇宙的各项“密码”。

同学们踊跃提问

听完吴学兵教授的讲座,同学们纷纷踊跃提问,表现出了对黑洞、对宇宙的强烈求知欲。吴学兵教授一一回答了同学们的问题并分享了更多天文学的知识,让在座的同学们深感宇宙的浩瀚和神秘。

专题链接:才斋讲堂

编辑:山石


   
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