在这个问题上,黑洞其实远没有人们想的那么奇怪。
黑洞本质上是巨大的质量在小空间内的集合,比原子或其他粒子组成物质所需要的空间小得多。黑洞的小是一个关键点:这说明实际上,你能够接近黑洞重心的距离,比接近其他传统物体重心的距离要小得多。这导致黑洞表面的引力接近光速。同时,落入黑洞的物体永远逃离出来——至少我们现在已知是这样的。
但是黑洞的极端性质仅在接近事界(落入即无法返回的边界)的时候才会表现出来。在很远的距离外,黑洞就像其他拥有相同质量的普通物体一样,拥有正常的万有引力,没有吸收物体的神奇力量。不同点在于那些接近事界的恒星或行星(或任性的宇宙飞船)的遭遇,也就是那些离重心过近的物体。
图解:大麦哲伦云面前的黑洞(中心)的模拟视图。请注意引力透镜效应,从而产生两个放大,以星云最高处扭曲的视野。银河系星盘出现在顶部,扭曲成一个弧形。
比如说,如果太阳突然被一个相同质量的黑洞代替,地球会怎么样:什么也不会发生!我是说,除了没有太阳和一切将变成黑暗以外,地球的轨道不会有任何变化,更不会被吸进黑洞里。在我们的距离上,太阳和一个同等质量的黑洞从万有引力的角度来看,其实是同样的东西。
人马座A*是处于银河系中心超大黑洞,其原理也是一样的。它的质量约为太阳的四百万倍,仅仅被压缩于250万公里内,比水星轨道的一半都要小。所有接近人马座A*的星体都会被撕碎并吞没。但是,所有与它相隔一定距离的星体只是围绕这个巨大的物体快速绕轨道运行。事实上,UCLA的天文学家曾绘制过这些星体绕黑洞运行的轨道。
图解:人马座A*(中央)与两个光回波(圈内)
记住,那些是正好与黑洞相邻的星体。我们距人马座A*有2.6万光年之远。从我们的视角来看,它只不过是一个处于拥有大量星体、气体和尘埃的星系中的微粒而已。
四百万的太阳质量很大。但综合而言,银河系的中心核球中有大约20万个太阳,银河系的大黑洞在中心大约只占五千分之一的质量,提供五千分之一的万有引力。
图解:上:艺术家描绘超大质量黑洞从邻近的星体上抽走物质。左下:超大质量黑洞的X光映像。右下:超大质量黑洞的光学映像。
黑洞无法把我们吸进去,正如其他处于银河系中心的星体或气体不会把我们吸进去一样。我们在星系中的轨道运动是稳定的,处于核心的黑洞不会对轨道运动和万有引力间的平衡造成任何影响。
太阳系?你是说我们这个吗?像其他人说的那样,太阳系中心只有太阳,没有黑洞,除非哪天太阳被另一个黑洞吞噬掉。
好了,你实际上是在问银河系中心的超大黑洞。别担心,原理是一样的。我会告诉你为什么黑洞不会吸收掉所有绕它旋转的东西。这是因为当它们从恒星变为黑洞时,不会神奇地变得无限重。事实上,由于黑洞通常是在超新星爆炸中产生的,它们事实上会变得稍微轻一点。同时在超新星爆炸中,一些恒星的质量会被喷出,它们不会变成黑洞的一部分。所以,简而言之,如果质量不会增加,“吸收物体的能力”也就没有办法变强。
图解:蟹状星云是与1054超新星相关联的一个脉冲星风星云
黑洞和原本的恒星的重要差别在于,对于黑洞,你可以坐在假设的宇宙飞船上到达离重心很近的地方。太阳和所有恒星的重心差不多在星体核心的位置,你不可能接近那里,宇宙飞船会在甚至离恒星表面都还有很远的地方融化掉。如果飞船可以奇迹般地到达表面,幸运地在热核爆炸中挖了一条地道,也需要几百万千米才能到达重心。
图解:超大质量黑洞从吸积盘中吸积的概念图。
而黑洞是不同的。它巨大的(但并非无限的)质量被集中在非常小的一点上,这意味着如果在它的附近没有吸积盘和大量X射线辐射,你可以冒险前进到距离黑洞重心很近很近的地方,因为实际上它的附近空无一物。
假设电脑生成了一张拥有吸积盘的黑洞照片。如果没有吸积盘,你将什么也看不到。
图解:X射线双星系统中的巨星-吸积盘示意图
所以不管黑洞重心是不是热的,你都可以到达离它很近的地方,同时不会撞击到任何东西。但是,你会在重力井中到达越来越深的地方,并且在没有任何明显征兆(至少不会像明亮表面那样明显)的情况下,你可以用来“攀爬”以离开的墙会变得越来越陡峭。这时黑洞就开始用力把你吸进去了!对飞船的潮汐力会很快大到把你压成意大利面。可以理解,这就是电影和流行文化关注的点,因为从电影角度来看,以安全距离围绕黑洞旋转很无聊。推测当你擦过或越过事界时,引力变得极大会发生怎样奇怪的事情更为刺激。