黑洞可以说是宇宙中最神秘的一种天体,它是由大质量级别恒星末期发生超新星爆炸而形成的,黑洞的质量是极大的,所以黑洞产生的引力场也是无法想象的,任何在黑洞周围的物质都会被黑洞的引力场而吞噬,就连宇宙运动速度最快的光都会被吸进去,黑洞的这种特质导致黑洞既不发射光,也不会向外反射光线,这样我们就无法通过常规的观察手段去发现黑洞,那么宇宙中第一个黑洞是如何发现的呢?
相对论伟大的发现:史瓦西半径
首先来说,黑洞作为一种天体,最早并不是通过天文观测发现的,而是通过数学公式推导出来的,在1916年,也就是物理学家爱因斯坦发布广义相对论的第二年,数学家史瓦西通过物体速度逃逸公式、牛顿第二定律、广义相对论方程推导出了一个半径公式,即史瓦西半径,史瓦西半径意味着:当球状天体的半径小于史瓦西半径时,天体会在重力的作用下发生坍缩,即天体会无限向内坍塌成一个体积趋于无限小的点,由于这个点的质量很大,导致任何粒子包括光都无法从中逃逸,所以我们将这种天体命名为黑洞,也就是说:最早黑洞的发现并不是源于天体观察,而是数学家史瓦西通过公式计算出的数学上的一个解。
黑洞的发现源于一次偶然的信息传输
史瓦西半径的提出揭示了黑洞的某些特性,例如不发光、不向外发射光、引力极大等等,黑洞的这些特质意味着常规的天文观察手段很难发现它,1931年,美国贝尔电话的公司正在进行一项信息通讯测试,贝尔公司需要将一组信息从美国传输到欧洲,但是研究员发现在信息传输的过程中始终伴随着一种噪音干扰,这种噪音干扰不像是恒星辐射发出的,在排除了各项干扰因素之后,天文学家将这个干扰源锁定在银河系的中心:人马座
但是银河系中心位于地球的距离非常远,在银河系中心与地球之间存在着大量的星际尘埃、气体,所以光线很难从银河系中心透过来,想要观察银河系中心只能使用穿透力很强的红外线,但是红外线又会被地球大气层中的水蒸气所阻挡,所以天文学家需要选择一个地球上海拔较高、而且十分干燥的地方建立天文观测站以消除水蒸气对于红外线的干扰,即智利的亚他加马沙漠。
德国的天文学家Reinhard通过长达数十年的天文观测,他发现了在银河系的中心存在着一群密度极大的恒星群,这个恒星群并非是静止的,而是处于运动之中,而且运动的速度越来越快,恒星群的中心是一片黑暗混沌、无法观测,为何银河系的中心会存在一个密度稠密、快速运转的恒星群呢?根据太阳系模型可知:地球、火星等行星因为受到太阳的引力而围绕在太阳周围运转,如果我们将太阳挡住,那么地球、火星等行星的中心一定存在着一个质量与太阳相似的天体,同理可知,银河系中心的恒星群中一定存在着一个质量极大、且不可见的超级天体,那么这个天体究竟是什么呢?我们会不自觉的联想到:黑洞。
天文学家Reinhard利用替换法第一次证明了黑洞的存在,不过随着后来黑洞理论的发展,虽然黑洞从理论上是不可以直接观察的,但是天文学家可以利用射电望远镜去观测黑洞发出的γ射线来判断黑洞的存在,还有利用黑洞周围的恒星或星际云气团绕行轨迹也可以判断出黑洞的具体位置。