让霍金痛快认输的赌约，赌了个啥？|引力|星体|赌约|银河系|霍金|黑洞

上世纪6、70年代，天文学家们开始在天空中寻找黑洞。

茫茫宇宙中，黑洞在哪里呢？黑洞不发光，不辐射，便不能被看见，那么，应该如何来寻找它们？最后，人们把寻找的目标指向了双星系统。

双星系统

双星系统又是太空天体中有趣现象之一。不仅仅人类社会中成双结对，恒星也喜欢找一个“舞伴”，共同牵手在太空中翩翩起舞。为什么这么说呢？因为据观察，在银河系的众星中，有一半以上的恒星都是双星。

其实从物理学的角度来看并不难理解，恒星有大有小有各种质量，两两相邻的可能性很大。如果两颗星质量差别大，便会一个被另一个俘获。质量差不多的两颗恒星，便共同围绕质心转，形成双星系统。

如果一个黑洞与另一颗星结成了双星，那就好了！我们看不见黑洞，总看得见它亮丽的舞伴吧。这个舞伴的运动会被黑洞所影响，顺藤摸瓜，便能找到这个看不见的伴侣的信息，由此而又可以进一步判定它是不是一个黑洞。

黑洞概述图

还不仅仅如此。观测双星系统时，不仅能观测到更为明亮的那一颗，也能观察到从另一位“看不见的舞伴”附近辐射出来的某些东西。即使是黑洞，虽然在它的视界之内不会有任何物体逃脱，但在它的视界周围却能观测到辐射现象。

天体的辐射除了可见光之外，还有X射线、伽玛射线、红外、无线电波等等。比如X射线，由于大气层的阻挡作用，在地面上不容易接受到。自从V-2火箭把人带上了太空开始，X射线的探测便逐渐进入到天文学。1962年，美国天文学家里卡尔多·贾科尼（Riccardo Giacconi，1931年－）利用探空火箭在X射线波段进行了全天范围内的扫描，正式开创了X射线天文学。

后来，1970年贾科尼领导的第一颗X射线天文卫星（乌呼鲁卫星，探险者42号）升空，确定了339个新的X射线源，包括第一个黑洞候选天体—天鹅座X-1。贾科尼后来因为他对X射线天文学的卓越贡献而获得2002年的诺贝尔物理学奖。如今，太空中发现的X射线源天体的总数已经达到了12万个。

天鹅座示意图

天鹅座X-1便是一个距离太阳大约6,070光年的双星系统，是从地球观测最强的X射线源之一。这个双星系统为何发出X射线？与系统中两个星体的性质有关。

经过对致密X射线源天鹅座X-1的观测研究，表明它是由一个超巨星和另一个质量颇大却又“不可见伴星”组成的（之后证实这是一个黑洞）。从观察发现此类双星系统内有一些有趣的现象，首先，物质不停地从可见的超巨星表面流向它的同伴，像是被一股“风”吹过去似的。这股连绵不断的“妖风”使得超巨星变成“液滴”形状。物质绵绵不断地从“液滴”的尖端，被输送到“不可见”的星体，积累和弥散在其周围形成一个圆盘形状，也就是天文学家们所说的“吸积盘”。

多次的天文观测证实，吸积盘（accretion disc)是恒星周围具有的一种常见结构。由弥散物质围绕中心体转动形成。中心天体可以是年轻的恒星、原恒星、白矮星、中子星、黑洞等。弥散物质在中心体强大引力的作用下，将落向中心体。但另一方面，如果这些物质旋转的角动量足够大，使其在落向天体的某个位置处，离心力与引力相抵消时，便会形成一个相对稳定的盘状结构，就叫做“吸积盘”。

在吸积盘中，物质被引力吸引下落的过程中，释放出大量能量，在临近中心体的地方产生垂直于盘面的狭窄的漏斗状喷流，如上图所示。

此外，不断进入中心体周围物质所携带的引力能得到释放后，高能电子会摩擦并加热吸积盘中气体到很高的温度，导致气体向外辐射。辐射的主要频率与中心天体的质量有关。对年轻恒星，吸积盘辐射多半为红外线，中子星及黑洞产生的吸积盘辐射则多半为X-射线。热辐射的温度要达到106K数量级才可以显著地发出X射线，所以，双星系统中黑洞周围吸积盘的形成是来自巨星的物质供给。

洛希瓣是包围在恒星周围的一个空间界限，在这个范围内的物质因为该天体的引力而被束缚。但如果这个恒星体积膨胀至洛希瓣的范围之外，这些物质将会摆脱掉恒星引力的束缚。在双星系统中发生这种情况的话，摆脱巨星引力的物质却有可能被它的开不见的同伴的“黑手”抓去，就像上面所叙述的天鹅座X-1的情况那样，形成了黑洞的吸积盘。