根據狹義相對論，沒有任何物體的速度能超越光速，所以如果光都不能逃逸，那其他任何東西也不能。其結果將會導致一個黑洞的誕生：一個無限扭曲的時空區域。——史蒂芬·霍金
霍金的這段話，就是我們對一個黑洞的定義，其實很簡單，就是光都無法逃脫的時空區域就是一個黑洞。而我們人類探測外部世界，無論是用肉眼還是各種先進的儀器，都是基於接收和發射電磁波。但是黑洞這東西連光都無法逃脫，那我們是如何看見黑洞的？甚至在今年的4月份還公布了首張黑洞照片！
當然近年來，我們還發展出了中微子天文學和引力波天文學， 但是這些還都處於起步階段，而且它們也無法對一顆黑洞成像啊，因此今天就說下：我們如何看見黑洞？
在生活中，我們肯定遇到過大小相同，但質量不同的物體。即使是體積相同、原子數目相同，但質量也會不同，因為物體可以由不同的元素構成。在元素周期表中，原子序數越大，質量也就越大，如果忽略電子殼層大小的差異，所以每個原子越重，物質的密度就越大。
但就密度而言，還有一種辦法可以增加物體的密度，而不僅僅是增加原子核的質量。
在大尺度上，引力是所有基本力中最強大和最不可抗拒的力。如果太陽的核心沒有進行的物質到能量的核聚變反應，整整30萬倍於地球質量的太陽將會塌縮到和地球的體積差不多大。也就是說，太陽塌縮形成的這個天體，其密度是地球上最重元素的數千倍。
這是因為引力可以壓縮原子本身，只有泡利不相容原理的量子簡併壓力才能阻止這顆假設的白矮星進一步坍縮。如果有足夠的質量提供更大的引力就會迫使電子進入原子核，把所有的質子和電子融合成中子，創造出密度更大的物質，即中子星。
白矮星是一個質量相當於太陽的天體，被壓縮到地球的大小，而中子星則是同樣的太陽質量，被壓縮到比一個城市還小的體積！像中子星這樣質量大、密度大的天體任何物體也很難在其表面逃逸，例如：在地球表面，速度需要達到約11.2公里/秒才能逃脫地球的引力，但在中子星表面，則需要以每秒20萬公里的速度移動，這超過了光速的一半！
如果我們再把越來越多的質量堆在中子星上，中子星最終會坍塌，甚至連光都無法逃逸。正如霍金（以及之前的許多人，一直可以追溯到18世紀的約翰·米歇爾）所指出的那樣，這將會在太空中形成一個黑洞，物質（以及其他形式的能量）如果會掉入黑洞，將沒有任何東西可以逃出來！
如果沒有任何東西可以從黑洞中逃脫，即使是光也不行，那麼我們是如何對黑洞成像的？甚至是一開始如何確定它確實存在呢？首先我們要清楚的是，在科學家調集全球8台射電望遠鏡準備對M87黑洞進行成像的時候，我們已經有足夠的證據證明了黑洞確實存在，我們是如何做到的？
答案很簡單：引力和X射線
離我們比較近的黑洞，例如我們自己的銀河系中心黑洞，我們可以通過觀察單個恆星圍繞一個不發光的點質量的運行情況，我們就可以推斷在我們星系的中心有一個點質量是太陽質量的數百萬倍的天體。而且它還不發光，也沒有任何類型的發射信號，（這是因為銀河系中心黑洞質量太小，除了引力，沒有其他可觀測的信號）這肯定就是一個黑洞。
而其他星系的中心黑洞，它們都離我們太遠，無法測量周圍軌道上的恆星運動。那麼我們怎麼知道它們確實存在呢？
黑洞強大的引力會把離它太近的物質撕碎（潮汐力和潮汐摩擦）。這包括氣體雲，小行星，行星，甚至整個恆星，如上所示！
黑洞，像中子星、白矮星和普通恆星一樣，也有很強的磁場，當我們越接近視介面，或者說光無法逃逸的點，磁場就會變得越強。當物質（它是由帶電粒子組成的，比如質子和電子）穿過磁場時，就會被加速，隨著磁場變得越來越強，黑洞中心也會釋放出越來越高的能量，稱為黑洞物質噴流。
所以我們可以尋找來自星系中心的x射線輻射源，以及伴隨而來的黑洞雙極噴流，就像上圖中來自半人馬座A的噴流。就可以確定黑洞的存在。
黑洞物質噴流是一個超大質量黑洞存在的證據，說明這個黑洞十分活躍，正在從自己的星系中享用、吞噬那些落入其中的物質！
上圖中巨大的橢圓星系是梅西耶60，在它的中心有一個數十億太陽質量的黑洞，我們可以通過x射線輻射源分辨出黑洞的質量。那麼我們怎麼知道它的質量的？這是因為x射線的發射強度和加速物質運動的黑洞質量之間存在一種關係！通過這種關係我們就可以計算出黑洞的質量。但不是每個黑洞都如此的活躍，吞噬著大量的物質，這些黑洞有沒有可能被觀察到呢？下面要說的這個黑洞性質，就是我們可以對其成像的關鍵。
雖然不是每個黑洞都很活躍，其中心都向外噴射物質噴流，但存在於其他物質附近的每個黑洞都會有一個吸積盤。如果我們能夠近距離觀察吸積盤，我們會發現裡面的物質越往中心就會以越來越高的速度加速時，也會發出越來越強的輻射。
換句話說，吸積盤的最外層是看不見的，但當我們向內移動時，即使黑洞本身沒有發出任何光，我們也會看到吸積盤在有限的半徑內開始發出暗淡的紅色，當我們向內移動到事件視界時，會增強到橙色、黃色、白色，最終變成藍色和紫色！
如果我們能看到紫外線或x射線，就會發現這些光會在離視介面很近的地方逐漸增強，所以即使光無法逃脫黑洞，即使黑洞沒有吞噬大量的物質形成噴流，黑洞也會因為吸積盤的存在變得可見！這就是天文學家可以直接看到黑洞的原因。這也是M87星系照片的的來源。
這就是我們看到黑洞的方式：實際上是通過它們的引力和x射線，理論上是通過來自黑洞吸積盤光譜的所有部分的光，以及來自霍金輻射的超低能量的光。這也是為什麼我麼經常說：黑洞不黑。
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