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宇宙最古老的光 - 源自古老黑洞喷流  & 霍金:迷你黑洞足以为全世界供电
宇宙最古老的光 - 源自古老黑洞喷流 & 霍金:迷你黑洞足以为全世界供电
2016/3/2 8:23:11 | 浏览:1759 | 评论:0

 

宇宙最古老的光 - 源自古老黑洞喷流  & 霍金:迷你黑洞足以为全世界供电

利用美国航空航天局(NASA)的钱德拉X射线天文望远镜,研究者“无意间”发现了这次遥远的黑洞喷流,如上图所示。

宇宙最古老的光 - 源自古老黑洞喷流  & 霍金:迷你黑洞足以为全世界供电

整个天空的微波辐射,图片由欧洲空间局的普朗克卫星拍摄。黄色斑点显示的是宇宙微波背景辐射。在钱德拉望远镜探测到的喷流中,电子穿过宇宙微波背景辐射,与微波光子碰撞,增强了X射线波长的能量。

 

在这一时间点上,宇宙大约只有目前年龄的五分之一,而那时的残留辐射比现在强烈得多。钱德拉望远镜发现的此次喷流是被宇宙中最古老的光照亮的。这道光出现于一个被称为B3 0727+409的黑洞系统里,距离地球至少有30万光年。

尽管天文学家并不十分同意喷流会发出X射线的解释,但他们表示,从B3 0727+409喷流而出的电子很可能会以接近光速的速度传播数十万光年,形成能够被天文望远镜捕获的X射线频带。

在大爆炸之后较早的几十亿年里,宇宙中充满了比现在更高强度的宇宙微波背景辐射(CMB)。这一时期,由黑洞喷流出来的电子会穿过宇宙微波背景辐射,与微波光子碰撞,从而增强X射线波段的能量。

日本宇宙科学研究所(Institute of Space and Astronautical Science,ISAS)的奥罗拉?西米翁内斯库(Aurora Simionescu)领导了这项研究,她说:“我们现在发现的这次喷流发生在宇宙诞生不到30亿年的时候,而喷流中X射线的亮度比近期宇宙所应该具有的亮度强大约150倍。”

通常情况下,这种发现是通过射电望远镜取得的,而不是通过X射线望远镜。但是这一次,X射线成像成功捕捉到了喷流活动,而喷流中几乎没有出现无线电信号。“我们实际上是无意间观测到了这次不可思议的喷流,因为它刚好出现在钱德拉望远镜的视野中,而我们当时正在观测另一些东西,”共同作者、波兰雅盖隆大学的Lukasz Stawarz解释道。

不过,Stawarz也表示,观测到像B3 0727+409系统这样的喷流并不常见,“如果较亮的X射线喷流能够与非常微弱,或者无法探测到的无线电波并存的话,这意味着宇宙中可能存在着更多这样的喷流,因为我们还没有对它们进行系统的搜寻。”

研究者称,类似这样的喷流活动可以提供有关宇宙早期超大质量黑洞行为的线索,并帮助了解这些黑洞可能随时间发生的改变。“超大质量黑洞的活动,包括发射喷流等,可能在宇宙初期和后来的时间里各不相同,”共同作者、美国海军研究实验室的Teddy Cheung说,“通过发现并研究更多这些遥远的喷流,我们可以了解超大质量黑洞的性质在数十亿年时间里发生的变化。”

 

史蒂芬·霍金:迷你黑洞足以为全世界供电

 

但是,我们首先需要找到一个黑洞,并且利用它的能量,同时还要让这个黑洞对人类不会产生破坏作用。霍金表示,黑洞出现的时候,虚粒子对中的一个可能会掉进去,另外一个被遗弃的粒子或者反粒子可能会跟着掉进去,也可能会逃出来,形成辐射。

这个物理学家之前发现,黑洞形成的时候会形成粒子和辐射,其表面温度跟它的质量成反比。举个例子来说,质量跟太阳相当的黑洞产生的粒子的速度很缓慢,并且很难检测到,但是,规模跟一座山差不多的黑洞则可以。

霍金教授说:“一座山那么大的黑洞会放出 X 射线和伽马射线,速度大约在 1000 万兆瓦左右,足以给全球供电。然而,要利用迷你黑洞并不是一件容易的事情,因为我们无法将它放在发电站里,这样它会掉到地上,然后落到地球的中心。如果真的有这样的黑洞,我们最好把它保存在地球的轨道上。”

他表示,人们多年来一直在寻找这种小规模的迷你黑洞,但是并没有取得进展。霍金此前还打趣说:“有点遗憾,如果他们真的找到了的话,我会获得诺贝尔奖。”另外,霍金教授还建议,在额外维度的空间内创建微型黑洞是有可能的。

他解释说,根据某些理论,我们目前所体验的宇宙只是十维或者十一维空间中的四维表面。我们无法看到额外的维度,因为光线无法通过它们传播。然而,重力会影响到额外的维度,其影响比我们的宇宙还要大,这使得额外维度中更容易形成迷你黑洞。

我们或许可以在位于瑞士的欧洲核子研究中心中,通过大型强子对撞机来对霍金教授的理论进行观察。在对撞的过程中可能会产生微型黑洞,我们也可以很容易识别粒子辐射的模式。他总结说:“所以我才说我可能会得诺贝尔奖。”

去年,史蒂芬·霍金发现黑洞并不像很多人认为的那样,是一个“永恒的监狱”,事实上,有很多信息可能从那里面逃离出来。这位物理学家在最近发表的一篇科学论文中表示,答案就在黑洞中的“零能量粒子”中。

 

人类应该积极往太空进发 寻找新的居住场所

宇宙最古老的光 - 源自古老黑洞喷流  & 霍金:迷你黑洞足以为全世界供电

人类已经有了一个空间殖民地——国际空间站;包括辐射防护、资源循环、太阳能收集等在内的国际空间站技术能够应用于未来的太空城市

据国外媒体报道,无论在未来地球是会被人类破坏得不再宜居,还是会自然消亡,无法继续支持生命栖息,总有一天我们需要寻找新的居所。《火星救援》、《星际穿越》等好莱坞大片预示了未来可能发生的场景。众所周知,火星是太阳系最宜居的星球;但是,宇宙中还有许许多多可能取代地球的系外行星。

人类已经有了一个空间殖民地——国际空间站;包括辐射防护、资源循环、太阳能收集等在内的国际空间站技术能够应用于未来的太空城市。在其他星球上建立永久的太空殖民地同时也面临着一系列新挑战。

非自然栖息地

栖息地是人类定居的首要要求。适宜生存的环境需要有稳定的空气压强、氧气含量与适宜的温度,还要保护人类免收辐射的伤害。向太空发射这样一个又大又沉的构造费用高昂且难度巨大。近年来,自治控制技术发展迅速,栖息地有望实现各部分的自主装配。另一种方案是使用3D打印技术对行星土壤进行加工。

液体生命线

建成后的栖息地需要水、氧气、能源与食物的持续供给;其中,水资源不但是生命之源,同时也能被应用于推进和防辐射领域。人类不仅要对水资源进行回收,还要能够提取水资源;比方说,人类可以从火星或者其他星球的地下或表面进行提取。此外,国际空间站对水进行电解分离从而获得氧气;而美国宇航局正在研究如何从大气副产品(如二氧化碳)中生成氧气。

能源生产

由于光伏太阳能电池板技术的成熟,人类在能源生产领域小有所成;然而,在其他星球上,这一技术需要进一步改进。人类现已开发火星车来应对火星沙暴对太阳能电池板工作造成的危害。农业生产也是至关重要的。种植谷物能够将二氧化碳转化成氧气,但是尽管人们有数千年的种植经验,在其他星球上进行种植仍属不易。

气候变化

保持气候宜居也是栖息地的一项要求。科学家们通过生物工程技术、转换二氧化碳、减少太阳发射等方式来应对各个星球不同的大气条件。一些科学家们预测,小型的温度变化可能会导致空气压力上升,从而成为火星环境地球化的第一步。 

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