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宇宙中的黑洞

时间:2024-11-25 10:29:02 编辑:阿旭

为什么黑洞是宇宙中最可怕的东西?

首先,掉进黑洞很容易成为最糟糕的死亡方法。宇宙中没有什么比黑洞更可怕了。黑洞-引力如此之强以至于无法逃脱的太空区域-成为当今新闻中的热门话题。2020年诺贝尔物理学奖的一半 授予罗杰·彭罗斯(Roger Penrose),因为他的数学工作表明黑洞是爱因斯坦引力理论不可避免的结果。安德里亚•盖兹(Andrea Ghez)和莱因哈德•根泽尔(Reinhard Genzel)分享了另一半,证明 了一个巨大的黑洞位于我们星系的中心。

黑洞很可怕,原因有三点。如果当一颗恒星死亡时您掉入一个遗留的黑洞中,您将被粉碎。同样,在所有星系中心看到的巨大黑洞,食欲不竭。黑洞是消除物理定律的地方。我研究黑洞已有30多年了。特别是, 我专注于 潜伏在星系中心的超大质量黑洞。大多数情况下,它们处于非活动状态,但是当它们处于活动状态并吃掉恒星和气体时,靠近黑洞的区域会比容纳它们的整个星系耀眼。黑洞活跃的星系称为 类星体。在过去几十年中,我们已经了解了所有有关黑洞的知识,但仍有许多 谜团需要解决。

当一颗巨大的恒星死亡时,预计会形成黑洞。恒星的核燃料耗尽后,其核心坍缩到可以想象的最稠密的物质状态,其密度是原子核的一百倍。太密了,质子,中子和电子不再是离散的粒子。由于黑洞是黑暗的,因此当它们绕正常的恒星运行时会被发现 。正常恒星的特性使天文学家可以推断出其暗伴星(黑洞)的特性。首先要确认的黑洞是 天鹅座X-1,这是天鹅座 星座 中最亮的X射线源。从那时起,在正常恒星绕黑洞运行的系统中,已经发现了约50个黑洞。

它们是大约1000万的最接近的例子, 预计它们将通过银河系散布。黑洞是物质的坟墓。没有什么可以逃脱它们,甚至没有光。陷入黑洞的人的 命运 将是痛苦的“意大利化”,这一思想在斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)的著作《时间简史》中得到了推广 。在意大利面条化过程中,黑洞的巨大重力会将您拉开,使您的骨骼,肌肉,筋骨甚至分子分开。正如诗人但丁在他的诗歌《神曲》中形容地狱之门上的话:放弃希望,所有进入这里的人们。

在过去的30年中,用哈勃太空望远镜进行的观测表明, 所有星系的中心都有黑洞。较大的星系具有较大的黑洞。大自然知道如何在巨大的质量范围内制造黑洞,从数倍于太阳质量的恒星尸体到成百亿倍质量的怪物。就像苹果和吉萨大金字塔之间的区别一样。就在去年,天文学家发布了 有史以来第一张黑洞 及其活动视界的照片,这是M87椭圆星系中心的质量为70亿太阳质量的野兽。

它比我们银河系中的黑洞大一千倍,后者的发现者获得了今年的诺贝尔奖。这些黑洞大多数时候都是黑暗的,但是当它们的引力吸引附近的恒星和气体时,它们会爆发成剧烈的活动并散发出大量的辐射。大量的黑洞有两种危险。如果距离太近,巨大的引力将吸引您。如果它们处于活动类星体相,则将被高能辐射炸毁。

类星体有多亮?想象一下,晚上在洛杉矶这样的大城市上空盘旋。城市中 汽车 ,房屋和街道发出的大约1亿盏灯对应于银河系中的星星。以此类推,处于活动状态的黑洞就像是洛杉矶市区直径为1英寸的光源,比城市高出数百倍或数千倍。类星体是宇宙中最明亮的物体。

迄今为止,发现的 最大黑洞 的质量是太阳质量的400亿倍,是太阳系体积的20倍。太阳系中的外行星每250年旋转一次,而质量更大的天体每三个月旋转一次。它的外边缘以光速的一半移动。像所有黑洞一样,大的黑洞被事件视线所遮挡 。它们的中心是 奇点,即密度无限的空间点。 我们无法理解黑洞的内部,因为物理定律破裂了。

时间在事件视界冻结,而重力在奇点处变为无限。关于巨大的黑洞的好消息是,您可以陷入一个黑洞。尽管它们的重力较强,但拉伸力比带有小黑洞的情况要弱,并且不会杀死您。坏消息是事件范围标志着深渊的边缘。没有什么可以逃离事件视界的内部,因此您无法逃避或报告您的经历。

史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)认为,黑洞正在 慢慢蒸发。在宇宙的遥远未来中,随着加速的宇宙膨胀,所有恒星都死亡并且银河系被视而不见之后,黑洞将是最后幸存的物体。最大的黑洞要蒸发掉将需要 数年的时间,估计为10到100的幂,或者10之后有100个零。宇宙中最恐怖的物体几乎是永恒的。

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宇宙中最大的黑洞究竟有多可怕?

黑洞是一种引力场极强的天体,同时也是宇宙中密度最大的天体。




目前人类发现的宇宙中最大黑洞的质量是太阳的660亿倍,位于类星体TON618中心,距离地球104亿光年。




根据霍金的推测,黑洞中心存在一个奇点,该奇点体积无限小,密度无限大,时空曲率无限高。




黑洞周围则存在一个视界,由于黑洞的引力极其强大,使得视界内的逃逸速度大于光速,然而宇宙中没有物体的运动速度能够超越光速,这意味着黑洞能够吞噬一切掉入该视界范围内的物质。




黑洞根本不挑食,无论是行星还是恒星、中子星,在黑洞面前都只是 美食 。而且体重大的黑洞基本上只吃不拉,只会越吃越胖、越吃越猛。只有那些小质量微型黑洞才会在短时间内瘦身蒸发掉。




为此,科学家们根据黑洞的体重,给它们划分了不同的等级,分别是,




微型黑洞:

这是一种极其微小的黑洞,又叫量子黑洞或迷你黑洞,理论上该黑洞的质量下限是普朗克质量(2.18 10^-8千克)。由于是量子级别的黑洞,所以它们和普通的黑洞有着很大的差异。虽然目前还未发现过微型黑洞,但是科学家相信它们的存在。




恒星级黑洞:

这是我们通常所说的黑洞,质量与恒星相当。当一颗恒星濒临死亡时,余下的核心质量大于三倍太阳质量,那么它就会坍缩成一颗恒星级黑洞。




中等质量黑洞:

质量一般在100 10万倍太阳质量之间。根据相关理论,这种黑洞一般是恒星级黑洞吃多了长胖后所达到的级别,令人意外的是科学家目前在宇宙中只发现数量很少的这种黑洞。




超大质量黑洞:

就是质量在10万倍太阳质量之上的黑洞,质量上不封顶。这种黑洞一般位于星系中心,对形成星系至关重要。银河系中心就存在一个超大质量黑洞。TON 618中的黑洞就属于超大质量黑洞。




黑洞通常是天体引力坍缩的结果,大质量恒星死亡后都会成为黑洞。不过,TON 618这类超大质量黑洞并不是直接由恒星坍缩形成的,而是通过不断地吞噬其它物质,与其它黑洞合并,最终成长起来的。




黑洞的质量越大,其引力场也就越强,视界半径也就越大。TON 618中的那个黑洞的视界半径就已经达到了1920亿千米,大约是太阳半径(69.6万千米)的27600倍。从体积上来说,它的体积是宇宙中已知体积最大恒星盾牌座UY的420万倍。




根据科学家的推测,类星体就是活跃星系核中心的超大质量黑洞,其亮光就来自于这些黑洞的吸积盘所释放的光。如果没有吸积盘,那么黑洞会成为一个不可见的天体。类星体TON 618就是宇宙中最亮的物体之一,它的光度是太阳的140万亿倍,因此我们才能在100多亿光年之外看见它。




类星体虽比星系小很多,但是释放出的能量却是星系的上千倍,所以非常亮。之所以如此,就是因为TON618中心存在一个超大质量黑洞。由于该黑洞质量非常大,所以它拥有一个宽度约一光年左右的吸积盘。




吸积盘是黑洞周围的物质被黑洞强大的引力吸引、撕碎并绕黑洞高速运动所形成的,在此过程中会释放出巨大的能量。




尽管TON 618无比巨大,不过就算给它足够的时间,它的质量也不可能无限增长,最多将它所在的整个星系吞噬掉。因为宇宙正在加速膨胀,星系之间不仅相隔甚远且还在相互远离。不过就算是这样,该黑洞仍然是宇宙中已知最恐怖的存在。


宇宙黑洞是什么东西?

黑洞(英文:Black Hole)是现代广义相对论中,存在于宇宙空间中的一种天体。黑洞的引力极其强大,使得视界内的逃逸速度大于光速。故而,“黑洞是时空曲率大到光都无法从其事件视界逃脱的天体”。黑洞无法直接观测,但可以借由间接方式得知其存在与质量,并且观测到它对其他事物的影响。借由物体被吸入之前的因黑洞引力带来的加速度导致的摩擦而放出x射线和γ射线的“边缘讯息”,可以获取黑洞存在的讯息。推测出黑洞的存在也可借由间接观测恒星或星际云气团绕行轨迹来得出,还可以取得其位置以及质量。演化过程:黑洞由中心的一个由黎曼曲率张量出发构建的标量多项式在趋向此处发散的奇点和周围的时空组成,其边界为只进不出的单向膜:事件视界,事件视界的范围之内不可见。依据爱因斯坦的广义相对论,当一颗垂死恒星崩溃,它将向中心塌缩,这里将成为黑洞,吞噬邻近宇宙区域的所有光线和任何物质。

宇宙黑洞是什么东西?

黑洞是在宇宙中的一个黑暗的区域,黑洞是由很多质量很大的星球发生爆炸或者分裂之后再经过星球残骸的重力塌缩最后形成的一个东西。黑洞本身就是一个封闭的视界,很多靠近黑洞的物质都会被黑洞给吞噬掉,黑洞通过这样的方式维持自身的形态和能源,这也就导致了很多物质只能进入而不能够出来。分类特点根据黑洞本身的物理特性质量,角动量,电荷划分,可以将黑洞分为四类:不旋转不带电荷的黑洞:它的时空结构于1916年由史瓦西求出,称史瓦西黑洞。不旋转带电黑洞:称R-N黑洞。时空结构于1916至1918年由赖斯纳(Reissner)和纳自敦(Nordstrom)求出。旋转不带电黑洞:称克尔黑洞。时空结构由克尔于1963年求出。旋转带电黑洞:称克尔-纽曼黑洞。时空结构于1965年由纽曼求出。