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黑洞是什么?它从哪里来?那里有什么? [复制链接]

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      别让这个名字欺骗了你:黑洞绝不是真空。相反,它是将大量的物质压缩到一个非常小的区域内——想象一颗太阳质量十倍的恒星被挤进一个大约有纽约市直径的球体中。其结果是产生了一个强大的引力场,以至于任何东西,甚至是光,都无法逃脱。近年来,NASA的仪器绘制了一幅关于这些奇怪物体的新图像,对许多人来说,它们是太空中最迷人的物体。
      

      
      图源:science.nasa
      
      在太空中存在质量和密度极大的物体以致于光都无法逃逸,这种想法已经存在了几个世纪。最著名的是,爱因斯坦的广义相对论预言了黑洞的存在。该理论表明,当一个大质量恒星死亡时,它会残留下一个小而致密的核心。方程显示,如果核心的质量是太阳质量的三倍以上,重力会压倒所有其他的力,产生一个黑洞。
      

      
      科学家不能用探测x射线、光或其他形式电磁辐射的望远镜直接观测黑洞。然而,我们可以推断出黑洞的存在,并通过探测其对附近其他物质的影响来研究它们。例如,如果黑洞穿过星云,它将在一个被称作吸积的过程中把物质吸进内部。如果一颗普通恒星经过黑洞附近,也会发生类似的过程。在这种情况下,黑洞会将恒星拉向自身,并将其撕裂。当被吸引的物质加速并升温时,它会向太空中辐射X射线。发现提供了一些诱人的证据,表明黑洞对它们周围的邻居有巨大的影响——释放出强大的伽马射线爆,吞噬附近的恒星,在一些地区刺激新恒星的生长,而在另一些地区则使其停滞。
      

      
      大多数黑洞是在死于超新星爆炸中的大恒星的残骸中形成的。(较小的恒星变成致密的中子星,它们的质量不足以捕获光)如果恒星的总质量足够大(大约是太阳质量的三倍),从理论上可以证明,没有任何力量能阻止恒星在重力的影响下坍缩。然而,当恒星坍缩时,一件奇怪的事情发生了。当恒星的表面接近一个被称为“事件视界”的假想表面时,相对于远处观测者的时间,恒星上的时间变慢了。当表面到达事件视界时,时间静止,恒星不再坍缩——它变成一个冻结坍缩的物体。
      

      
      更大的黑洞甚至可能是恒星碰撞的结果。在2004年12月发射后不久,美国国家航空航天局的雨燕望远镜观测到被称为伽马射线爆的强大的闪光一闪而逝。钱德拉和美国国家航空航天局的哈勃望远镜不久后从这次爆炸事件的“余晖”中收集数据。天文学家综合观测结果得出结论:当黑洞和中子星相撞时,会产生强大的爆炸,并产生另一个黑洞。
      

      
      虽然黑洞的基本形成过程是可以理解的,但黑洞科学中一个长期存在的谜团是,它们似乎以两种截然不同的大小尺度存在。一方面,有无数的黑洞是大质量恒星的残余。这些遍布宇宙的“恒星质量”黑洞通常是太阳质量的10到24倍。当另一颗恒星离黑洞足够近,它周围的一些物质会被黑洞的引力捕获,并在这个过程中产生大量的X射线,天文学家就会发现它们。然而,大多数恒星黑洞的生命都是孤立的,不可能被探测到。从大到足以产生黑洞的恒星数量来判断,科学家估计,仅在银河系中就有多达1000万到10亿个这样的黑洞
      
      在大小族谱的另一端是被称为“超大质量”黑洞的巨型黑洞,是太阳质量的几百万甚至几亿倍。天文学家认为,超大质量黑洞位于几乎所有大型星系的中心,甚至包括我们的银河系。天文学家可以通过观察它们对附近恒星和气体的影响来探测它们。
      

      
      历史上,天文学家一直认为没有中等大小的黑洞存在。然而,来自钱德拉、XMM望远镜和哈勃望远镜的证据加强了中型黑洞确实存在的观点。形成超大质量黑洞的一种可能的机制涉及到紧密星团中恒星碰撞的连锁反应,这导致了超大质量恒星的形成,然后坍塌形成中等质量的黑洞。然后星团沉到星系的中心,在那里中等质量的黑洞合并形成一个超大质量的黑洞。
      
      作者: nasa
      
      FY: 飞天锅靐
      
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