超大質量黑洞形成過程
超大質量黑洞形成過程
黑洞是時空曲率大到光都無法從其視界逃脫的天體，形成黑洞的因素有哪些呢?以下是由學習啦小編整理關于黑洞是怎么樣形成的的內(nèi)容，希望大家喜歡!
黑洞形成的過程
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。依據(jù)阿爾伯特-愛因斯坦的相對論，當一顆垂死恒星崩潰，它將聚集成一點，這里將成為黑洞，吞噬鄰近宇宙區(qū)域的所有光線和任何物質。
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。由于高質量而產(chǎn)生的引力，使得任何靠近它的物體都會被它吸進去。
也可以簡單理解：通常恒星最初只含氫元素，恒星內(nèi)部的氫原子核時刻相互碰撞，發(fā)生聚變。由于恒星質量很大，聚變產(chǎn)生的能量與恒星萬有引力抗衡，以維持恒星結構的穩(wěn)定。由于氫原子核的聚變產(chǎn)生新的元素——氦元素，接著，氦原子也參與聚變，改變結構，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，黑洞也是由質量大于太陽質量好幾十甚至幾百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，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，物質將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
據(jù)英國媒體報道，一項新的理論指出黑洞的死亡方式可能是以轉變?yōu)榘锥吹姆绞竭M行的。理論上來說，白洞在行為上恰好是黑洞的反面——黑洞不斷吞噬物質，而白洞則不斷向外噴射物質。 這一發(fā)現(xiàn)最早是由英國某雜志網(wǎng)站報道的，其理論依據(jù)是晦澀的量子引力理論。
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量黑洞公轉。 據(jù)美國太空網(wǎng)報道，一項新的研究顯示，宇宙中最大質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、質量最大的黑洞同樣具有非?？焖俚某砷L。有關這一發(fā)現(xiàn)的詳細情況將發(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。
美國宇航局有關一個超大質量黑洞及其周圍物質盤，炙熱的物質團(一個呈粉紅色，一個呈黃色)每一個的體積都與太陽相當，環(huán)繞距離黑洞較近的軌道運行。科學家認為所有大型星系中心都存在超大質量黑洞。黑洞一直在吞噬被稱之為“活躍星系核”的物質。由于被明亮并且溫度極高的下落物質盤環(huán)繞，黑洞的質量很難確定。根據(jù)上周刊登在《自然》雜志上的一篇新研究論文，基于對繞黑洞運行物質旋轉速度的計算結果，37個已知星系中心黑洞的質量實際上低于此前的預計。
超大質量黑洞的形成
超大質量黑洞的形成有幾個方法。最明顯的是以緩慢的吸積(由恒星的大小開始)來形成。另一個方法涉及氣云萎縮成數(shù)十萬太陽質量以上的相對論星體。該星體會因其核心產(chǎn)生正負電子對所造成的徑向擾動而開始出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，并會直接在沒有形成超新星的情況下萎縮成黑洞。第三個方法涉及了正在核坍縮的高密度星團，它那負熱容會促使核心的分散速度成為相對論速度。最后是在大爆炸的瞬間從外壓制造太初黑洞。超大質量黑洞平均密度可以很低，甚至比空氣密度還要低。這是因為史瓦西半徑與其質量成正比，而密度則與體積成反比。由于球體(如非旋轉黑洞的事件視界)體積是與半徑立方成正比，而質量差不多以直線增長，體積增長率則會更大。故此，密度會隨黑洞半徑增長而減少。在黑洞的中心，是物理學中最為神秘的物質之一——奇點，也就是時間、空間和一切已知的物理學法則土崩瓦解的所在點。
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