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天文科普:黑洞有什么特点?怎样形成?
天文科普:黑洞有什么特点?怎样形成?
发布时间:2023-03-20 03:49:17 来源:
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天文科普:黑洞有什么特点?怎样形成?
“黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”,其实不然。所谓“黑洞”,
就是这样一种天体:它的引力场是如此之强,就连自身发出的光也不能逃脱出来。
根据广义相对论,引力场将使时空弯曲。当恒星的体积很大时,它的引力场对时空几
乎没什么影响,从恒星表面上某一点发的光能够朝任何方向沿直线射出。而恒星的半径越
小,它对周围的时空弯曲作用就越大,朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。
等恒星的半径小到一特定值(天文学上叫“史瓦西半径”)时,就连垂直表面发射的
光都被吸回,被恒星自己捕获了。到这时,恒星就变成了黑洞。说它“黑”,是指它就像
宇宙中的无底洞,任何物质一旦掉进去,“似乎”就再不能逃出,包括光线。
那么,黑洞是怎样形成的呢?其实,跟白矮星和中子星一样(恒星的晚期,密度很大,
每立方厘米体积的质量达上
10
吨)。当一颗恒星衰老时,它的热核反应已经耗尽了中心
的燃料(氢),由中心产生的能量已经不多了。这样,它再也没有充足的力量来承担起外
壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下,核心开始坍缩(坍塌),直到最后形成体积小、
密度大的星体,重新有水平与压力平衡。
质量小一些的恒星主要演化成白矮星,质量比较大的恒星则有可能形成中子星。而根
据科学家的计算,中子星的总质量不能大于三倍太阳的质量。如果超过了这个值,那么将
再没有什么力能与自身重力相抗衡了,从而引发另一次大坍缩。
根据科学家的猜想,物质将不可阻挡地向着中心点进军,直至成为一个体积趋于零、
密度趋向无限大的“点”。而当它的半径一旦收缩到一定水准
(
史瓦西半径
,巨大的引力
就使得即使光也无法向外射出,从而切断了恒星与外界的一切联系——“黑洞”诞生了。
与别的天体相比,黑洞是显得太特殊了。例如,黑洞有“隐身术”(因为它发出的光
被自己吸回了),人们无法直接观察到它,连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。
那么,黑洞是怎么把自己隐藏起来的呢?答案就是——弯曲的空间。我们都知道,光是沿
直线传播的。这是一个最基本的常识。不过根据广义相对论,空间会在引力场作用下弯曲。
这时候,光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播,但走的已经不是直线,而是曲线。形
象地讲,好像光本来是要走直线的,只不过强大的引力把它拉得偏离了原来的方向,甚至
拉回。
在地球上,因为引力场作用很小,这种弯曲是微乎其微的。而在黑洞周围,空间的这
种变形非常大。这样,即使是被黑洞挡着的恒星发出的光,虽然有一部分会落入黑洞中消
失,可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球。所以,我们能够毫不费力
地观察到黑洞背面的星空,就像黑洞不存有一样,这就是黑洞的隐身术。
更有趣的是,有些恒星不但是朝着地球发出的光能直接到达地球,它朝其它方向发射
的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球。这样我们不但能看见这颗恒星的
“脸”,还同时看到它的侧面、甚至后背!
“黑洞”无疑是本世纪有挑战性、也最让人激动的天文学说之一。很多科学家正在为
揭开它的神秘面纱而辛勤工作着,新的理论也持续地提出。
本文来源:
https://www.2haoxitong.net/k/doc/973504bc48fe04a1b0717fd5360cba1aa8118c9b.html
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