有人说,黑洞就像宇宙“貔貅”,只进不出,连光都逃不掉。而2023年的时候,钱德拉X射线望远镜发布的数据里,却发现了异常的X射线波动。科学家推测,这可能就是霍金说的“黑洞蒸发”信号。据悉,一个超大质量黑洞,需要10^100年才会蒸发,真的是这样吗?
确实,黑洞是一种十分可怕的天体,甚至连光都无法逃离出去。所以,在我们的认知当中,黑洞可以说是“只进不出”。可是在1974年,霍金提出了一种观点,认为黑洞边缘会发生一件“神奇的事”,让它慢慢的损失质量。
这件事和“真空”有关,根据量子力学,真空中会突然冒出一对“虚拟粒子”:一个带正能,一个带负能。它们刚出现,就会立刻撞在一起湮灭,所以平时看不到。
但是,如果这对粒子刚好在黑洞的“事件视界”附近出现,负能粒子可能会掉进黑洞,正能粒子则会逃出来。逃出来的正能粒子,就成了我们能观测到的“霍金辐射”。而掉进黑洞的负能粒子,会让黑洞的质量减少。
有科学家比喻说,就像给黑洞“抽血”,抽一次少一点。虽然每次抽的“血”特别少,可是日积月累,黑洞总会被抽干。
那么,不同质量的黑洞,“抽血速度”差多少?
科学家说,黑洞蒸发的速度,和质量成反比:质量越小,蒸发越快。质量越大,蒸发越慢。根据霍金的计算,一颗质量和月球差不多的“微型黑洞”,蒸发完只要1秒。
一般的恒星级黑洞,蒸发速度就慢多了。有研究发现,一颗10倍太阳质量的黑洞,要等10^67年才会消失。
至于银河系中心的超大质量黑洞,质量是太阳的400万倍。计算下来,它的蒸发时间要到10^100年,就是1后面跟100个零。如果把10^100 年换算成秒,比从宇宙诞生到现在的总秒数,还要多10^88倍。
这么慢的速度,人类怎么才能确认黑洞在蒸发?
霍金辐射非常微弱,一颗10 倍太阳质量的黑洞,释放的霍金辐射能量,还不如一支手电筒,直接观测根本不可能。不过,科学家有办法,他们看黑洞周围物质的“反应”。
之前,NASA钱德拉望远镜观测天鹅座X-1黑洞时,发现它周围的气体云会持续释放X射线,而且这些X射线的能量波动,和霍金辐射对气体的“加热效应”刚好匹配。
简单来说,霍金辐射虽然弱,但是会慢慢加热黑洞周围的气体。被加热的气体,就会释放出X射线。我们看不到霍金辐射本身,却能看到它“加热气体”留下的X射线痕迹。
除了天鹅座 X-1,科学家还在其他几个恒星级黑洞周围,发现了类似的X射线信号。这些线索,让越来越多的人相信霍金的预言是对的。
在我看来,从发现第一个黑洞,到理解它会慢慢蒸发,人类用了不到60年。虽然,我们看不到黑洞的最终爆炸,但是能通过理论和观测,揭开它的秘密,这就是科学的魅力。