人类拍摄的第一张黑洞照片M87中心黑洞能证明霍金辐射吗
这次拍摄到的M87中心黑洞照片并不能证明霍金辐射,这个黑洞照片跟霍金辐射一点关系也没有。
这次拍摄的照片主要是基于吸积盘成像的,根据理论预测,超大质量黑洞附近物质在落入黑洞过程中会形成一个巨大的吸积盘,科学家利用毫米波段对吸积盘进行成像,这次采用的是1.3mm的波段进行成像,这个波段属于无线电波段,但是波长属于无线电波里比较短的了,而根据理论的数值模拟,由于黑洞巨大的引力作用,在黑洞周围大约史瓦西半径5倍的范围上回产生一个暗影,这是由于这个边界内外光子的不同行进路径导致的,内围光子将多数落向视界,少数能逃逸的也即将产生严重的红移,而外围的光子将在绕转数周后逃离黑洞,这就导致该边界内外处在强烈的亮度变化,这次的拍摄目标正是这个5倍于史瓦西半径的阴影,而视界面望远镜阵列确实把它拍出来了。
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所以黑洞虽然拍出来了,但这跟霍金辐射木有半毛钱关系。根据霍金的理论,霍金辐射的温度与黑洞的质量成反比,而霍金辐射的温度则与辐射的波长正相关,对于此次拍摄的超大质量黑洞——M87中心黑洞,质量达到65亿倍太阳质量,其霍金辐射的温度将跟绝对零度差不多,辐射波长远低于1.3mm,它从视界面附近往外逃逸过程中还有发生引力红移,即使万一有部分沿黑洞自旋方向出来的霍金辐射由于多普勒蓝移,使其达到1.3mm的波长(这其实根本不可能发生),科学家也完全没法把它们识别出来,它们与吸积盘产生的光子数量相比也只能忽略不计。
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其实对于霍金辐射,能观测的只有小型黑洞产生的霍金辐射,对于通过恒星坍缩自然形成的恒星级黑洞,质量至少是太阳的好几倍,按照霍金辐射公式的计算,其温度远低于目前的背景辐射温度,理论上是很难探测到的,因为这样的温度将淹没在宇宙微波背景辐射下。
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所以当年霍金给出的探测霍金辐射的方案就是超小型黑洞在蒸发晚期加速蒸发升温的阶段,在这个阶段霍金辐射的温度极高,可能会产生一定量的伽马射线辐射,在一定范围内,这些伽马射线辐射理论上可以被探测到,科学家也确实探测到一些伽马射线源,但到目前为止,还没有一个被确认为小黑洞的霍金辐射。霍金理论假设的这些小黑洞的质量都远小于太阳质量,因此它们不可能是通过恒星坍缩形成的,按照霍金的推测,它们有可能在宇宙大爆炸初期产生,并延续至今,霍金称之为原初黑洞。至今科学家还没证明原初黑洞的存在。
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