黑洞形成的原因和過程

黑洞形成的原因和過程

　　宇宙中大部分星系，包括我們居住的銀河系的中心都隱藏著一個超大質(zhì)量黑洞。那么你知道黑洞形成的原因和過程嗎?學習啦小編在此整理了黑洞形成的原因和過程，供大家參閱，希望大家在閱讀過程中有所收獲!

　　黑洞形成的原因和過程介紹

　　黑洞就是中心的一個密度無限大、時空曲率無限高、體積無限小的奇點和周圍一部分空空如也的天區(qū)，這個天區(qū)范圍之內(nèi)不可見。黑洞的產(chǎn)生過程類似于中子星的產(chǎn)生過程;某一個恒星在準備滅亡，核心在自身重力的作用下迅速地收縮，塌陷，發(fā)生強力爆炸。當核心中所有的物質(zhì)都變成中子時收縮過程立即停止，被壓縮成一個密實的星體，同時也壓縮了內(nèi)部的空間和時間。但在黑洞情況下，由于恒星核心的質(zhì)量大到使收縮過程無休止地進行下去，中子本身在擠壓引力自身的吸引下被碾為粉末，剩下來的是一個密度高到難以想象的物質(zhì)。由于高質(zhì)量而產(chǎn)生的力量，使得任何靠近它的物體都會被它吸進去。黑洞開始吞噬恒星的外殼，但黑洞并不能吞噬如此多的物質(zhì)，黑洞會釋放一部分物質(zhì)，射出兩道純能量——γ射線。

　　也可以簡單理解：通常恒星的最初只含氫元素，恒星內(nèi)部的氫原子時刻相互碰撞，發(fā)生聚變。

　　由于恒星質(zhì)量很大，聚變產(chǎn)生的能量與恒星萬有引力抗衡，以維持恒星結(jié)構的穩(wěn)定。由于聚變，氫原子內(nèi)部結(jié)構最終發(fā)生改變，破裂并組成新的元素——氦元素，接著，氦原子也參與聚變，改變結(jié)構，生成鋰元素。如此類推，按照元素周期表的順序，會依次有鈹元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成，直至鐵元素生成，該恒星便會坍塌。這是由于鐵元素相當穩(wěn)定，參與聚變時不釋放能量，而鐵元素存在于恒星內(nèi)部，導致恒星內(nèi)部不具有足夠的能量與質(zhì)量巨大的恒星的萬有引力抗衡，從而引發(fā)恒星坍塌，最終形成黑洞。說它“黑”，是因為它的密度無窮大，從而產(chǎn)生的引力使得它周圍的光都無法逃逸。跟中子星一樣，黑洞也是由質(zhì)量大于太陽質(zhì)量好幾倍以上的恒星演化而來的。

　　當一顆恒星衰老時，它的熱核反應已經(jīng)耗盡了中心的燃料(氫)，由中心產(chǎn)生的能量已經(jīng)不多了。這樣，它再也沒有足夠的力量來承擔起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下，核心開始坍縮，物質(zhì)不可阻擋地向著中心點進軍，直到最后形成體積接近無限小、密度幾乎無限大的星體。而當它的半徑一旦收縮到一定程度(一定小于史瓦西半徑)，質(zhì)量導致的時空扭曲就使得即使光也無法向外射出——“黑洞”就誕生了。

　　黑洞的表現(xiàn)形式

　　恒星的時空扭曲改變了光線的路徑，使之和原先沒有恒星情況下的路徑不一樣。光在恒星表面附近稍微向內(nèi)偏折，在日食時觀察遠處恒星發(fā)出的光線，可以看到這種偏折現(xiàn)象。當該恒星向內(nèi)坍塌時，其質(zhì)量導致的時空扭曲變得很強，光線向內(nèi)偏折得也更強，從而使得光線從恒星逃逸變得更為困難。對于在遠處的觀察者而言，光線變得更黯淡更紅。最后，當這恒星收縮到某一臨界半徑(史瓦西半徑)時，其質(zhì)量導致時空扭曲變得如此之強，使得光向內(nèi)偏折得也如此之強，以至于光線再也逃逸不出去 。這樣，如果光都逃逸不出來，其他東西更不可能逃逸，都會被拉回去。也就是說，存在一個事件的集合或時空區(qū)域，光或任何東西都不可能從該區(qū)域逃逸而到達遠處的觀察者，這樣的區(qū)域稱作黑洞。將其邊界稱作事件視界，它和剛好不能從黑洞逃逸的光線的軌跡相重合。

　　與別的天體相比，黑洞十分特殊。人們無法直接觀察到它，科學家也只能對它內(nèi)部結(jié)構提出各種猜想。而使得黑洞把自己隱藏起來的的原因即是彎曲的時空。根據(jù)廣義相對論，時空會在引力場作用下彎曲。這時候，光雖然仍然沿任意兩點間的最短光程傳播，但相對而言它已彎曲。在經(jīng)過大密度的天體時，時空會彎曲，光也就偏離了原來的方向。

　　在地球上，由于引力場作用很小，時空的扭曲是微乎其微的。而在黑洞周圍，時空的這種變形非常大。這樣，即使是被黑洞擋著的恒星發(fā)出的光，雖然有一部分會落入黑洞中消失，可另一部分光線會通過彎曲的空間中繞過黑洞而到達地球。觀察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一樣，這就是黑洞的隱身術。

　　更有趣的是，有些恒星不僅是朝著地球發(fā)出的光能直接到達地球，它朝其它方向發(fā)射的光也可能被附近的黑洞的強引力折射而能到達地球。這樣我們不僅能看見這顆恒星的“臉”，還同時看到它的“側(cè)面”、甚至“后背”，這是宇宙中的“引力透鏡”效應。

　　這張紅外波段圖像拍攝的是我們所居住銀河系的中心部位，所有銀河系的恒星都圍繞銀心部位可能存在的一個超大質(zhì)量黑洞公轉(zhuǎn)。 據(jù)美國太空網(wǎng)報道，一項新的研究顯示，宇宙中最大質(zhì)量的黑洞開始快速成長的時期可能比科學家原先的估計更早，并且仍在加速成長。

　　一個來自以色列特拉維夫大學的天文學家小組發(fā)現(xiàn)，宇宙中最大質(zhì)量黑洞的首次快速成長期出現(xiàn)在宇宙年齡約為12億年時，而非之前認為的20~40億年。天文學家們估計宇宙的年齡約為138.2億年。

　　同時，這項研究還發(fā)現(xiàn)宇宙中最古老、質(zhì)量最大的黑洞同樣具有非常快速的成長。有關這一發(fā)現(xiàn)的詳細情況發(fā)表在最新一期的《天體物理學報》。

　　如果黑洞足夠大，宇航員會開始覺察到拉著他腳的重力比拉著他頭的重力更強大，這種吸引力拖著他無情地向下落，重力差會迅速加大而將他撕裂，最終他的遺體會被扯得粉碎而落入黑洞那無限致密核心。

　　普金斯基和他的兩個學生艾哈邁德·艾姆哈里、詹姆斯·薩利，加上該校的另一位弦理論學家唐納德·馬洛夫一起，對這一事件進行了重新計算。根據(jù)他們的計算，卻呈現(xiàn)出完全不同的另一番場景：量子效應會把事件視界變成沸騰的粒子大漩渦，任何東西掉進去都會撞到一面火焰墻上而被瞬間烤焦。