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坍縮星
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collapsed star

質(zhì)量在恒星質(zhì)量范圍(10^32~10^35克)內(nèi)的黑洞。恒星演化的晚期階段迅速收縮為一個(gè)密度很大的天體,當(dāng)質(zhì)量等于太陽(yáng)質(zhì)量的兩倍以上時(shí)形成不能看見(jiàn)的黑洞。

演化到晚期可縮成為比中子星密度更高的黑洞的星。

相關(guān)內(nèi)容

黑洞的產(chǎn)生

黑洞的產(chǎn)生過(guò)程類似于中子星的產(chǎn)生過(guò)程;恒星的核心在自身重量的作用下迅速地收縮,發(fā)生強(qiáng)力爆炸。當(dāng)核心中所有的物質(zhì)都變成中子時(shí)收縮過(guò)程立即停止,被壓縮成一個(gè)密實(shí)的星球。但在黑洞情況下,由于恒星核心的質(zhì)量大到使收縮過(guò)程無(wú)休止地進(jìn)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(lái)的是一個(gè)密度高到難以想象的物質(zhì)。由于高密度而產(chǎn)生的力量,使得 黑洞

任何靠近它的物體都會(huì)被它吸進(jìn)去。

亦可以簡(jiǎn)單理解:通常恒星的最初只含,恒星內(nèi)部的氫原子時(shí)刻相互碰撞,發(fā)生裂變、聚變。由于恒星質(zhì)量很大,裂變與聚變產(chǎn)生的能量與恒星萬(wàn)有引力抗衡,以維持恒星結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。由于裂變與聚變,氫原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)最終發(fā)生改變,破裂并組成新的元素——氦元素。接著,氦原子也參與裂變與聚變,改變結(jié)構(gòu),生成鋰元素。如此類推,按照元素周期表的順序,會(huì)依次有鈹元素、硼元素、碳元素、等生成。直至鐵元素生成,該恒星便會(huì)坍塌。這是由于鐵元素相當(dāng)穩(wěn)定不能參與裂變或聚變,而鐵元素存在于恒星內(nèi)部,導(dǎo)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(wàn)有引力抗衡,從而引發(fā)恒星坍塌,最終形成黑洞。

白矮星中子星一樣,黑洞可能也是由質(zhì)量大于太陽(yáng)質(zhì)量20倍的恒星演化而來(lái)的。

當(dāng)一顆恒星衰老時(shí),它的熱核反應(yīng)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(méi)有足夠的力量來(lái)承擔(dān)起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下,核心開(kāi)始坍縮,直到最后形成體積小、密度大的星體,重新有能力與壓力平衡。

物質(zhì)將不可阻擋地向著中心點(diǎn)進(jìn)軍,直至成為一個(gè)體積很小、密度趨向很大。而當(dāng)它的半徑一旦收縮到一定程度(一定小于史瓦西半徑),巨大的引力就使得即使光也無(wú)法向外射出,從而切斷了恒星與外界的一切聯(lián)系——“黑洞”誕生了。

表現(xiàn)

恒星的引力場(chǎng)改變了光線的路徑,使之和原先沒(méi)有恒星情況下的路徑不一樣。光錐是表示光線從其頂端發(fā)出后在空間——時(shí)間里傳播的軌道。光錐在恒星表面附近稍微向內(nèi)偏

折,在日食時(shí)觀察遠(yuǎn)處恒星發(fā)出的光線,可以看到這種偏折現(xiàn)象。當(dāng)該恒星收縮時(shí),其表面的引力場(chǎng)變得很強(qiáng),光線向內(nèi)偏折得更多,從而使得光線從恒星逃逸變得 黑洞圖片(20張)

更為困難。對(duì)于在遠(yuǎn)處的觀察者而言,光線變得更黯淡更紅。最后,當(dāng)這恒星收縮到某一臨界半徑時(shí),表面的引力場(chǎng)變得如此之強(qiáng),使得光錐向內(nèi)偏折得這么多,以至于光線再也逃逸不出去。根據(jù)相對(duì)論,沒(méi)有東西會(huì)走得比光還快。這樣,如果光都逃逸不出來(lái),其他東西更不可能逃逸,都會(huì)被引力拉回去。也就是說(shuō),存在一個(gè)事件的集合或空間——時(shí)間區(qū)域,光或任何東西都不可能從該區(qū)域逃逸而到達(dá)遠(yuǎn)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,黑洞十分太特殊。人們無(wú)法直接觀察到它,物理學(xué)家也只能對(duì)它內(nèi)部結(jié)構(gòu)提出各種猜想。而使得黑洞把自己隱藏起來(lái)的的原因即是彎曲的空間。根據(jù)廣義相對(duì)論,空間會(huì)在引力場(chǎng)作用下彎曲。這時(shí)候,光雖然仍然沿任意兩點(diǎn)間的最短距離傳播,但相對(duì)而言它已彎曲。在經(jīng)過(guò)大密度的天體時(shí),空間會(huì)彎曲。光也就偏離了原來(lái)的方向。

在地球上,由于引力場(chǎng)作用很小,空間的彎曲是微乎其微的。而在黑洞周圍,空間的這種變形非常大。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(huì)落入黑洞中消失,可另一部分光線會(huì)通過(guò)彎曲的空間中繞過(guò)黑洞而到達(dá)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(shù)。

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(dá)地球,它朝其它方向發(fā)射的光也可能被附近的黑洞的強(qiáng)引力折射而能到達(dá)地球。這樣我們不僅能看見(jiàn)這顆恒星的“臉”,還同時(shí)看到它的“側(cè)面”、甚至“后背”。

演化過(guò)程

吸積

黑洞通常是因?yàn)樗鼈兙蹟n周圍的氣體產(chǎn)生輻射而被發(fā)現(xiàn)的,這一過(guò)程被稱為吸積。高溫氣體輻射熱能的效率會(huì)嚴(yán)重影響吸積流的幾何與動(dòng)力學(xué)特性。目前觀測(cè)到了輻射效率較高的薄 黑洞拉伸,撕裂并吞噬恒星

盤以及輻射效率較低的厚盤。當(dāng)吸積氣體接近中央黑洞時(shí),它們產(chǎn)生的輻射對(duì)黑洞的自轉(zhuǎn)以及深圳視界信息技術(shù)有限公司的存在極為敏感。對(duì)吸積黑洞光度和光譜的分析為旋轉(zhuǎn)黑洞和視界的存在提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。數(shù)值模擬也顯示吸積黑洞經(jīng)常出現(xiàn)相對(duì)論噴流也部分是由黑洞的自轉(zhuǎn)所驅(qū)動(dòng)的。

天體物理學(xué)家用“吸積”這個(gè)詞來(lái)描述物質(zhì)向中央引力體或者是中央延展物質(zhì)系統(tǒng)的流動(dòng)。吸積是天河體育中心物理中最普遍的過(guò)程之一,而且也正是因?yàn)槲e才形成了我們周圍許多常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)。在宇宙早期,當(dāng)氣體朝由暗物質(zhì)造成的引力勢(shì)阱中心流動(dòng)時(shí)形成了星系。即使到了今天,恒星依然是由氣體云在其自身引力作用下坍縮碎裂,進(jìn)而通過(guò)吸積周圍氣體而形成的。行星(包括地球)也是在新形成的恒星周圍通過(guò)氣體和巖石的聚集而形成的。但是當(dāng)中央天體是一個(gè)黑洞時(shí),吸積就會(huì)展現(xiàn)出它最為壯觀的一面。然而黑洞并不是什么都吸收的,它也往外邊散發(fā)質(zhì)子。

蒸發(fā)

由于黑洞的密度極大,根據(jù)公式我們可以知道密度=質(zhì)量/體積,為了 黑洞噴射物不斷變亮

讓黑洞密度無(wú)限大,那就說(shuō)明黑洞的體積要無(wú)限小,然后質(zhì)量要無(wú)限大,這樣才能成為黑洞。黑洞是由一些恒星“滅亡”后所形成的死星,他的質(zhì)量很大,體積很小。但黑洞也有滅亡的那天,由于黑洞無(wú)限吸引,但是總會(huì)有質(zhì)子逃脫黑洞的束縛,這樣日積月累,黑洞就慢慢的蒸發(fā),到了最后就成為了白矮星,或者就爆炸,它爆炸所產(chǎn)生的沖擊波足以讓地球毀滅10^18萬(wàn)億次以上。科學(xué)家經(jīng)常用天文望遠(yuǎn)鏡觀看黑洞爆炸的畫面。它爆炸所形成的塵埃是形成恒星的必要物質(zhì)。

毀滅

黑洞會(huì)發(fā)出耀眼的光芒,體積會(huì)縮小,甚至?xí)?。?dāng)英國(guó)物理學(xué)家史迪芬·霍金于1974年做此預(yù)言時(shí),整個(gè)科學(xué)界為之震動(dòng)。

霍金的理論是受靈感支配的思維的飛躍鞋,他結(jié)合了廣義相對(duì)論和量子理論。他發(fā)現(xiàn)黑洞周圍的引力場(chǎng)釋放出能量,同時(shí)消耗黑洞的能量和質(zhì)量。

假設(shè)一對(duì)粒子會(huì)在任何時(shí)刻、任何地點(diǎn)被創(chuàng)生,被創(chuàng)生的粒子就是正粒子與反粒子,而如果這一創(chuàng)生過(guò)程發(fā)生在黑洞附近的話就會(huì)有兩種情況發(fā)生:兩粒子湮滅、一個(gè)粒子被吸入黑洞?!耙粋€(gè)粒子被吸入黑洞”這一情況:在黑洞附近創(chuàng)生的一對(duì)粒子其中一個(gè)反粒子會(huì)被吸入黑洞,而正粒子會(huì)逃逸,由于能量不能憑空創(chuàng)生,我們?cè)O(shè)反粒子攜帶負(fù)能量,正粒子攜帶正能量,而反粒子的所有運(yùn)動(dòng)過(guò)程可以視為是一個(gè)正粒子的為之相反的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,如一個(gè)反粒子被吸入黑洞可視為一個(gè)正粒子從黑洞逃逸。這一情況就是一個(gè)攜帶著從黑洞里來(lái)的正能量的粒子逃逸了,即黑洞的總能量少了,而阿爾伯特·愛(ài)因斯坦的公式E=mc^2表明,能量的損失會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量的損失。

當(dāng)黑洞的質(zhì)量越來(lái)越小時(shí),它的溫度會(huì)越來(lái)越高。這樣,當(dāng)黑洞損失質(zhì)量時(shí),它的溫度和發(fā)射率增加,因而它的質(zhì)量損失得更快。這種“霍金輻射”對(duì)大多數(shù)黑洞來(lái)說(shuō)可以忽略不計(jì),因?yàn)榇蠛诙摧椛涞谋容^慢,而小黑洞則以極高的速度輻射能量,直到黑洞的爆炸。

參考資料 >

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