我们比想象中更靠近黑洞,而且是超大质量黑洞,地球危险吗?

2020-11-28 10:51:48 姿势分子knowledge

静止是相对的,运动是绝对的,这是物理学上众所周知的基本规律之一。尽管你躺在床上、坐在椅子上或者葛优瘫在沙发上,你也只是相对于地面没有运动。从太空中看,你也会随着地球的自转和公转在不断运动。

作为地球公转的中心,太阳看似是太阳系中唯一不动的天体,实则不然。太阳也在自转,并且在相对论所揭示的物理作用下,太阳也会受到行星引力的摄动而运动。更重要的是,太阳和围绕在太阳周围的整个太阳系,也在进行着公转,那就是绕银河系中心的公转。

在此之前,科学家们指出:在直径15万光年的银河系中,我们的太阳系处于距离银河系中心约2.6万光年的位置上,绕银河系中心进行公转,公转速度约为每秒220公里。即便这个速度已经非常惊人,由于尺度过大,太阳系需要整整2.5亿年才能完成一个公转周期,这个时间长度因此也被称为“宇宙年”。

(图片说明:太阳带着八大行星绕银河系公转示意图)

能够吸引庞大的太阳系公转,银河系的中心肯定也是“有点东西”。

银河系的中心

科学家指出,在银河系的中心,有一个超大质量黑洞,那就是人马座A*。我们知道,黑洞是宇宙中最恐怖的天体,拥有着极大的引力,连光都无法逃脱。而其中尤其恐怖的,就是超大质量黑洞,它们的质量通常可以达到太阳的100万倍以上,甚至可以有数百亿倍太阳质量。

人马座A*就是其中之一,观测结果表明,它的质量大约有太阳的400万倍,史瓦西半径达到了4400万公里。这个半径,几乎达到了太阳系最内侧行星水星的公转轨道了。

我们刚才所说的太阳系和银河系中心的距离大约是2.6万光年,基本上就是以人马座A*为基准的。不过,最新的研究成果告诉我们:地球和它所在的太阳系,似乎离这个恐怖天体要比想象的更近。这倒不是因为我们被吸引过去了,而是源自于此前观测结果的不准确。

天体距离测量史

我们曾经介绍过宇宙中天体距离的测量方法,在文章中我们也指出:很多测量也未必准确,科学家们也不得不持续更新出更准确的方法,然后推翻以前的理论。

11月26日的时候,我们刚刚分享文章介绍了一颗爆发于350年前的新星——狐狸座CK。在此之前,科学家一直认为它位于距离我们1630光年,而最新观测数据将这个数字修正为10000光年,整整是此前的6倍。

还有10月19日我们也介绍过另一颗天体——参宿四,同样也有距离数据的更新。此前科学家们认为参宿四距离地球约730光年,而现在的数据是500光年。而且,在得出730光年的结论之前,科学家们还得出过180光年、724光年等等数据。

这也是没办法的事,毕竟我们肉眼看到的宇宙是二维的,根本无法直接探测出天体的距离,只能通过种种间接的方法来进行推测。由于目前的科技水平限制,有的时候推测出错也是在所难免的。好在,科学家们也在不断改进方法,让我们的数据变得越来越准。

工欲善其事,必先利其器

在这次对人马座A*的距离测量中,科学家们采用了甚长基线干涉射电天体测量探索(VERA)的技术,利用日本列岛的多个射电望远镜进行精准同步观测,然后将它们的数据进行处理,就可以虚拟出一个等效口径达2300公里的巨型望远镜。这个原理此前也被使用过,那就是拍摄黑洞照片的事件视界望远镜,如今日本科学家利用这个技术来绘制银河系地图。

VERA项目最早开展于2000年,通过这个虚拟望远镜观测到的天体视差来计算它们的距离。根据地球在公转到不同位置观测到某颗天体的角度变化,就可以利用三角函数计算出天体和我们的距离。

这种方法看起来也比较传统了,因为最早期的天文学家就是这样计算天体距离的。它有一个弱点,那就是由于角度必须大到足够我们观测,所以天体距离不能太远,一般只适用于100光年以内的天体。

而VERA利用了甚长基线干涉技术,可以获得惊人的观测精确度,其角分辨率甚至可以达到令人震惊的千万分之一角秒。这个分辨率有多么惊人呢?这么说吧,地球上看木星只有一个光点,它的视直径也有30-49,可见VERA的分辨率有多高。

角秒

(图片说明:视差法测量天体距离原理示意图)

最新数据

前不久,VERA项目发布了第一份包含了99颗天体的观测名录,还有一些其他相关的研究。通过这些数据,天文学家们绘制了一张这些天体的位置和速度图像。凭借这些研究,他们更正了地球与银河系中心黑洞的距离。

在1985年的时候,国际天文学联合会将这个距离定义为27700光年。在去年的时候,GRAVITY合作组织进行了一次新的观测,将这个距离更新为26673光年。

而VERA的数据告诉我们:我们比此前想象的要更靠近银河系中心,这个距离大约是25800光年。由于距离的更新,相关的一些数据也需要改变,比如太阳系绕银河系公转的速度更新到了每秒227公里,而不是此前官方宣布的220公里。

诚然,和两万多光年相比,这不到一千光年的修正似乎不值一提,并且我们的太阳系也不会因此就坠入人马座A*。但是,更精确的数字也更有利于我们观测和研究银河系中心黑洞及其周围大量恒星的运动模式,以及它们所带来的影响,这一点非常重要。

长期以来,包括欧洲航天局的盖亚卫星在内的许多设备,都在致力于绘制最精确、完整的银河系地图。对于太阳系的家园,我们还有太多东西需要去了解。

(图片说明:盖亚卫星)

VERA的团队也表示,他们希望未来能够联合东亚的其他射电望远镜,组成更大、更精确的设备,在更大尺度上提高我们对银河系的理解。不识庐山真面目,只缘身在此山中,或许已经是过去了。身处银河系中的我们,正在越来越了解宇宙中这座庞大的“孤岛”。

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