相关新闻 NASA 发现双重黑洞，主洞质量是太阳 1.5 亿倍 「NASA 发现宇宙双重黑洞，主洞质量是太阳 1.5 亿倍」，双黑洞的能量是怎么算出来的？ Overly Attached 大致讨论一下黑洞能量属性的粗略测算方法： 首先值得一提的是，星际空间内的大部分黑洞，乃至恒星，都存在于双星，或者更复杂的系统中，就像最近新闻中提到的“双黑洞”（binary black hole）。这实际上是一种很普通的黑洞类型。反而，像太阳这样没有伴星的恒星或单个黑洞却只占 20% 左右。 其次，存在于双星系统中的黑洞观察起来要更容易一些，因为当它从伴星上抽取物质时，所形成的吸积盘会散发出特定的能量辐射，这让人们能够轻易地从远处发现它。单一存在的黑洞是很难被发现的，因为它们就像隐形的一样。 推算黑洞的能量属性大概有以下几个步骤： 1. 通过吸积盘来确定黑洞 要测算黑洞的能量，目标黑洞必须有一个能够被观测到的吸积盘。 吸积盘（accretion disks）的形成，是黑洞吞噬周围物质的标志，通常由高热的气体组成，内部有上百万度。由于热量极大，光子便以高能的形式放射出来。从地球上观测，主要是 X 射线。吸积盘的外环温度较低，散发少量紫外线、红外线和特定波长的可见光。一旦科学家们发现了一个既能散发可见光，又发散发大量 X 光的天体，一般就可以确定这是一个存在于双星系统中的黑洞。 上面的图释展示的是黑洞的吸积盘模型。从内到外温度逐级降低，温度最高处的内环主要散发 X 射线和紫外线，外围较冷处散发红外线，乃至可见光。 2. 分析光谱 从我们的角度观察，黑洞系统所发出光，其实是吸积盘及其伴星的光的混合体。这样的光所形成的光谱线看上去十分混乱。然而，每隔一段时间再观察黑洞和它的伴星，我们就能得到一份稍有不同的光谱，这是由于当黑洞及其伴星互相公转时，伴星的轨道速度和位置都会发生变化，它在光谱上所形成的放射投影也会随之变化，这种现象称作“多普勒效应”（Doppler effect）。 光谱上的光谱线偏移地越快，说明吸积盘或其伴星的运动速度也就越快。然而，吸积盘的移动速度不太可能与伴星的速度相同，而且两者在同时必定反向移动，因此我们便可以在光谱上区分出哪些部分属于吸积盘，哪些属于伴星，这样就把黑洞从光谱上单独“提取”出去了。 如图，两颗围绕着同一个质量中心旋转的天体（包括双黑洞）所形成的光谱的变化取决于两者运动的速度和它们在同一时刻的相对位置。 3. 推算黑洞的质量 在双黑洞系统中，两者一般围绕椭圆轨道中的一个共同的点运行，这个点被称作整个系统的“质量中心”（center of mass）。 根据开普勒第三定律（Kepler's third law）：各个天体围绕其主星公转的周期的平方和它们的椭圆轨道的半长轴的立方成正比。在双黑洞的情况下，两者到质量中心的距离的比率与两者质量的比率相等。 之后，科学家再根据观察光变曲线随时间的变化，推测出其轨道倾角，这样就可以得出黑洞的大概质量。 4. 黑洞的能量属性 在爱因斯坦的年代，黑洞被认为是一种绝对“黑体”（black body），它不会反光，也不会向外发光。然而，黑洞确实具有特定温度下的热辐射，霍金通过研究弯曲时空中的粒子，证实了这种辐射的存在，称作“霍金辐射”（Hawking radiation）。 霍金辐射的结论描述了黑洞及其能量的一些特性。 首先，具有质量 的黑洞的半径为： 该黑洞的热力学温度为： 该黑洞的表面积为： 该黑洞的明度（能量输出）至少为： 在距离 之外，该黑洞的入射辐射为： 假设没有外部质量输入（只有能量输出）， 为黑洞的初始质量， 为太阳的质量，则黑洞的寿命为： 查看知乎原文
