說(shuō)起黑洞，很多人對(duì)它的了解少之又少，但是人類(lèi)研究黑洞的歷史非常久。自從1783年英國(guó)自然哲學(xué)家米歇爾首次提出黑洞的猜測(cè)，在這二百余年的時(shí)間里，人類(lèi)對(duì)于黑洞的探索從未停止過(guò)，但是對(duì)于黑洞的研究卻沒(méi)有取得突破性進(jìn)展。
而就在今年，美國(guó)航天局突破性地采集到黑洞音頻，并于2022年5月2日至6日發(fā)布了英仙座星系團(tuán)中心的黑洞的相關(guān)影音材料。
聲音發(fā)現(xiàn)
其實(shí)，美國(guó)航天局發(fā)布這個(gè)聲音是花費(fèi)了長(zhǎng)時(shí)間的收集和準(zhǔn)備。英仙座星系團(tuán)是位于英仙座方向距離地球大約3億光年遠(yuǎn)的一個(gè)富星系團(tuán)，它是X射線波段觀測(cè)到的最亮的星系團(tuán)。正是因?yàn)樗醒刖哂袕?qiáng)大的X射線波，這讓天文學(xué)家探討星系團(tuán)中氣體如何和黑暗物質(zhì)作用提供了可能，因此，天文科學(xué)家對(duì)于該星系團(tuán)的觀測(cè)也較為頻繁。
自從2003年起，美國(guó)航天局的天文學(xué)家就發(fā)現(xiàn)了英仙座星系團(tuán)中央的黑洞一直出現(xiàn)“聲音”，隨后美國(guó)航天局的錢(qián)德拉望遠(yuǎn)鏡便加強(qiáng)了對(duì)于英仙座星系團(tuán)的觀測(cè)，在進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)270小時(shí)后的觀測(cè)后，發(fā)現(xiàn)了幾億年前曾經(jīng)影響整個(gè)星系團(tuán)的動(dòng)蕩。
并且相關(guān)天文學(xué)家通過(guò)不停地努力，運(yùn)用各種科學(xué)儀器設(shè)備將這段聲音轉(zhuǎn)換成了人耳可以識(shí)別的聲音。
其實(shí)，這并不是美國(guó)航天局第一次公布來(lái)自宇宙的聲音。就在2017年的萬(wàn)圣節(jié)，美國(guó)航天局直接一次性地公開(kāi)了一系列音頻文件的專(zhuān)輯，許多人在萬(wàn)圣節(jié)當(dāng)天聽(tīng)到這些聲音的時(shí)候都感覺(jué)到了不可思議，以為是美國(guó)航天局為他們準(zhǔn)備的萬(wàn)圣節(jié)“惡搞”。然而，這些聲音確實(shí)是真實(shí)存在的，不是美國(guó)航天局的特殊禮物。
專(zhuān)輯中收錄的全部24段聲音都是來(lái)自宇宙天體的聲音。這里面的聲音包括2017年美國(guó)無(wú)人太空船卡西尼號(hào)錄制的土星和它的環(huán)繞衛(wèi)星土衛(wèi)二的“對(duì)話”；還有木星探測(cè)器“朱諾號(hào)”在穿過(guò)木星弓形震波的時(shí)候錄制的相關(guān)聲音。這些聲音聽(tīng)起來(lái)可能有些詭異，甚至有幾分嚇人。那么，此次美國(guó)航天局公布的黑洞聲音是什么樣的呢？
令人“驚嘆”的聲音
通過(guò)收聽(tīng)美國(guó)航天局發(fā)布的音頻，我們不難也會(huì)有上文同樣的感受，這聲音一開(kāi)始感覺(jué)像深山老林的各種動(dòng)物咆哮后混雜的聲音，再一細(xì)聽(tīng)又感覺(jué)不像地球上存在的任何聲音，讓人感覺(jué)到后背發(fā)涼和各種不舒服，這或許就是來(lái)自黑洞聲音的獨(dú)特魅力吧。在聽(tīng)完聲音后，轉(zhuǎn)念一想，初中物理老師多次強(qiáng)調(diào)“真空是不能傳播聲音的”。
那么，美國(guó)航天局是如何錄制到這段音頻的呢？莫非這又是一個(gè)巨大的“惡作劇”？
這當(dāng)然不是一個(gè)“惡作劇”，這是美國(guó)航天局花費(fèi)了大量人力和物力，才將這段聲音捕捉到并轉(zhuǎn)化成功的。其實(shí)，這段聲音不是真正意義上的“聲音”，本質(zhì)上是黑洞向四周發(fā)出的壓力波。我們一般來(lái)說(shuō)能聽(tīng)到的聲音是一種縱波，縱波是通過(guò)粒子密度的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。只要波長(zhǎng)能夠大于氣體平均分子程，這種氣體就可以支持聲波的傳播。
雖然外太空的真空度很高，但還是存在一定量的氣體粒子，這些氣體粒子為聲波的傳播創(chuàng)造了條件。既然有了聲音傳播的條件，那么我們不禁要問(wèn)，黑洞的聲音是從哪里來(lái)的呢？
對(duì)于這些“聲音”的來(lái)源主要有兩種解釋。第一種解釋是認(rèn)為這些聲音是因?yàn)楹诙淳哂袕?qiáng)大的壓力和輻射，從而形成了有節(jié)奏地加熱降溫或者擠壓而形成的。這主要是與黑洞的特點(diǎn)密不可分，黑洞在吞噬物質(zhì)時(shí)，會(huì)在黑洞的兩極產(chǎn)生強(qiáng)大的噴流。當(dāng)然，黑洞吞噬物質(zhì)也不是連續(xù)性的，而是階段性地吞噬，這樣就形成了一個(gè)階段性的高低變化，從而改變了周?chē)穆暡?，進(jìn)而發(fā)出了“聲音”。
另一種解釋是認(rèn)為黑洞在吞噬掉周?chē)奈镔|(zhì)后，會(huì)形成巨大的空腔，周?chē)穆暡〞?huì)迅速回填到空腔當(dāng)中，在空腔當(dāng)中震動(dòng)反彈而形成3D漣漪。
但是，這些黑洞產(chǎn)生的聲音人類(lèi)是無(wú)法通過(guò)人耳直接聽(tīng)見(jiàn)的。人耳能聽(tīng)到的聲音頻率大約在20-20000赫茲之間，黑洞產(chǎn)生的聲音波長(zhǎng)非常地長(zhǎng)，這也就導(dǎo)致了它的頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于人耳的可聽(tīng)范圍。英仙座星系團(tuán)黑洞所發(fā)出的聲音頻率大約音比中央 C 低了 57 個(gè)八度，它的頻率數(shù)量級(jí)為10的負(fù)15次方，聽(tīng)完一個(gè)完整的周期大約需要1644萬(wàn)年。
因此，為了讓人耳可以聽(tīng)到宇宙深處黑洞的聲音，科學(xué)家運(yùn)用無(wú)線電技術(shù)將這些電磁波轉(zhuǎn)換成人的耳朵能夠聽(tīng)得見(jiàn)的聲波，然后再將其發(fā)出的聲音提高 57 和 58 個(gè)八度音，這相當(dāng)于將黑洞聲音的原始頻率提高了14.4億億倍。
所以，黑洞聲音的令人驚嘆之處不僅是指它那令人脊背發(fā)涼的聲音本身，最令人驚嘆的還是相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)家為了捕捉聲音、還原聲音所做出的巨大努力。那么，科學(xué)家們“費(fèi)盡心機(jī)”捕捉到的聲音有什么作用呢？
黑洞聲音的重要意義
英仙座星系團(tuán)黑洞的聲音捕捉，這不僅僅是一種有趣的聲音轉(zhuǎn)換形式，更是成為了研究星系成長(zhǎng)的關(guān)鍵證據(jù)?？茖W(xué)家通過(guò)捕捉轉(zhuǎn)換聲音，分析黑洞向外擴(kuò)散能量的傳輸過(guò)程，進(jìn)而研究新恒星的形成和成長(zhǎng)速度。
同時(shí)通過(guò)此次技術(shù)的突破，科學(xué)家已經(jīng)掌握了將電磁波轉(zhuǎn)化為聲波的成熟技術(shù)，甚至科學(xué)家Russo 說(shuō)到：“就像任何數(shù)據(jù)都可以可視化一樣，任何數(shù)據(jù)都可以被聲化”，只要相關(guān)事物是隨著時(shí)間演變的，那么對(duì)它的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行聲化處理通常會(huì)變得更加有效。
研究團(tuán)隊(duì)還運(yùn)用了同樣的聲化方法，對(duì)室女座 M87 中的黑洞進(jìn)行音頻轉(zhuǎn)換，獲得了大量的相關(guān)數(shù)據(jù)。通過(guò)這兩次成功地聲化轉(zhuǎn)化，為以后的天文學(xué)研究提高了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，可以將更多的來(lái)自脈沖星的脈沖無(wú)線電波、來(lái)自碰撞黑洞的引力波進(jìn)行可聲化處理。
聲化的天文數(shù)據(jù)既可以方便天文學(xué)家進(jìn)行研究，又能將更多的人吸引到天文學(xué)的大家庭當(dāng)中，比如聲化的數(shù)據(jù)可以讓盲人體驗(yàn)到天文學(xué)的魅力和奇跡。
天文學(xué)家除了將黑洞的聲音進(jìn)行了捕捉和轉(zhuǎn)化，還拍到了黑洞的照片。就在發(fā)布黑洞聲音的一周后，2022年5月12日，科學(xué)家們發(fā)布了銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞人馬座A*（Sgr A*）的首張照片。
由此可見(jiàn)，現(xiàn)在的天文學(xué)研究水平突飛猛進(jìn)，人類(lèi)通過(guò)對(duì)于黑洞聲音的捕捉和照片的拍攝，將人類(lèi)原本無(wú)比陌生的黑洞更加立體化、可視化地呈現(xiàn)在人類(lèi)面前，這既是科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，更是人類(lèi)對(duì)于未知領(lǐng)域的征服。在不久的將來(lái)，人類(lèi)一定能夠?qū)崿F(xiàn)幾千年來(lái)憧憬天空、向往天空的偉大夢(mèng)想。
作者：丫丫 校稿編輯：小宛
