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黑洞能够吞噬恒星,那这些被吃掉的物质,究竟去了哪里?

提到宇宙中的“饕餮巨兽”,那肯定非黑洞莫属了,毕竟它都能够吞噬恒星。

自从黑洞的概念诞生以来,无数科学家就如同追逐光的飞蛾一样,在黑洞探索的道路上前行,直到生命走到尽头,可尽管如此我们也只是解开了黑洞的小部分谜题,对其内部依旧一无所知。

黑洞可以吞噬天体

2011年时,天文学家利用太空望远镜,观察到了一簇伽马射线的闪光,这道闪光非常亮。

当时人们不理解这是如何产生的,后来才知道原来是位于40亿光年外的黑洞吞噬了恒星,在这个过程中产生了高能辐射流

那么,黑洞“吃得这么多”,是怎么消化的呢?这些被吃掉的物质到底去了哪里?

伽马射线

黑洞——深空中的饕餮巨兽

此前,黑洞第一张照片出炉的时候,大家都感叹,原来连光都逃不过的黑洞模样是这样的,看起来好像也没有想象中那么恐怖,也有人表示这看起来也不像洞,怎么取了黑洞这个名字。

第一张黑洞照片

爱因斯坦曾在广义相对论当中预言,宇宙当中有一种奇怪的天体,它的质量和引力场都十分强大,任何物质靠近它之后都无法逃脱,就连“光”也一样。

或许就是因为这一点,人们认为它是与光相对的存在,才给它取了这个名字。

爱因斯坦的预言

事实上,黑洞并不是我们想象中的洞,而是一个“区域”。它也算不上是星球,而是一个看起来无比空旷的地方。不过,虽然看起来空旷,其密度却是宇宙当中最高的。

黑洞

那么,这样一个大家伙是如何形成的呢?

根据目前科学家的研究来看,黑洞的来源主要有以下三种。

第一就是恒星演化到晚年的时候,其内部的燃料完全耗尽,开始坍缩,如果坍缩的物质超过了太阳质量的3倍,那么它就有可能成为黑洞。从这一点可以看出,并不是每一颗恒星到了晚年都有成为黑洞的机会,首先你的体型得足够庞大。

黑洞可能源于恒星的演化

第二种来源则是星系之间的大规模碰撞,简单来说就是区域内的恒星太多了,显得非常拥挤,而在碰撞之后就有可能产生超大质量的黑洞。这种黑洞要比上面那种恒星级黑洞大得多,质量大概是太阳的1亿倍。

最后一种黑洞被称为“原生黑洞”,科学家认为根据大爆炸模型来看,大爆炸发生时可能会将一些物质压缩到极致,其质量可能就和小行星一样,但是它是最原始的黑洞。

原生黑洞可能很小

值得一提的是,甭管什么样的黑洞,它们都不会放过送到嘴边的“美食”,所以吞噬物质是黑洞的日常生活,比如天文学家观察到的40亿光年外吞噬恒星的黑洞,它的胃口就相当不错。

不过在科学家看来,黑洞再强悍,也无法做到只进不出,所以那些被它吃掉的东西到底去哪了?难道说去往了黑洞中的世界?

黑洞

霍金辐射

不知道大家想象中的黑洞是怎么干饭的,大部分人可能觉得黑洞的引力这么大,吃东西应该是一口吞下的。但事实并非如此,黑洞吞噬物质其实很慢,可以算得上是“细嚼慢咽”了。

中科院南美天文中心博士克劳迪奥·里奇说,“大部分黑洞周围的吸积物质离黑洞很近,当大量物质迅速掉落到黑洞时,黑洞会发出大量电磁辐射,强大的辐射压会把周围的物质推离黑洞,如果吃得太急,这些能量将毁掉它明天的食物。”

黑洞一边吸积一边辐射

可见,黑洞吞噬物质还是很讲究的,就算是吞噬一整颗恒星,也会慢慢来,毕竟“心急吃不了热豆腐”

在知道了黑洞是如何吞噬物质以后,科学家就急于找到黑洞怎么消化的问题。

从前克劳修斯使用热力学第二定律证明了这样一件事,那就是宇宙就像是一条发源于高山的河流,只能从高处流向低处,直到进入“大海”终结。

当咱们将宇宙比作一条河流,那它就是有始有终的,而此前科学家认为宇宙的终点就应该是黑洞。

毕竟在我们看来,只要时间足够长,黑洞就能够吞下所有的物质。但是随着进一步深入,人们发现黑洞并不是宇宙的终点,因为黑洞是会发出辐射,慢慢消化吸入物质的。

黑洞不是宇宙的重点

在1972年时,霍金发现了黑洞可以通过吸积物质的方式让自己的质量增加,但是也能够通过向外发射物质,从而实现“减重”。因此他很快展开了相关的研究和计算,最后的结果证明,不光是旋转的黑洞会向外辐射物质,非旋转黑洞也能做到。

霍金辐射示意图

在这种情况下,霍金辐射指的就是由于黑洞的视界附近存在的量子效应,而释放出来的黑体辐射。并且,如果在黑洞演化的过程中,没有足量的辐射进入,那么黑洞的这种衰变会使自己慢慢消失。

据推测,一个质量10^11( 1000亿)个太阳质量的超大质量黑洞将在大约2×10^100年内蒸发。在超星系团坍缩期间,宇宙中的一些巨型黑洞将继续增长到大约10^14个太阳质量,即使是这样在长达10^106年的时间范围内也会蒸发掉。

黑洞寿命的预测

霍金辐射的理念下,黑洞并不是只会无限扩大,有着单一指向的存在,它也会消耗,并且也有可能在漫长的岁月中渐渐消亡。不过,以人类文明存在的时间来说,我们是无法看到黑洞消亡了。

当然,无法目睹黑洞一生的始终也无所谓,对人类来说,研究黑洞已经成为了必须要做的事情,因为在这片神秘的区域背后藏着许多奥秘,也许还有“宇宙造物主”留下的终极答案。

研究黑洞找到答案

值得一提的是,因为黑洞视界当中的所有物质都无法逃离,所以我们观察黑洞时无法使用常规的方法,而是要用到一些特殊的手段。

黑洞的探测方法

首先就是可以利用引力效应,因为黑洞本身具有巨大的引力,而这种引力会影响到周围物质的运动。所以我们只需要找到宇宙当中那些围绕着不可见核心做着运动的天体,就能够找到黑洞的位置。

黑洞会吸引天体

其次就是利用辐射效应,虽然说黑洞本身并不会发光,但是由于巨大引力场的存在,使它可以不断地将周围的物质“吸进去”,而在这个吸入的过程中,物质会做加速运动。当物质与物质之间处于高速摩擦的状态之后,就能够产生高温高压,从而被电离成等离子态。

这些带电粒子在飞入黑洞的过程中,会疯狂的向外辐射,最常见的就是X射线。所以我们在深空探测的时候只要去刻意的观察一下宇宙中的X射线源,基本上就能确定黑洞的位置了。

炫目的X射线

最后就是使用引力透镜,这种方法主要是利用了距离黑洞较远的光线。距离黑洞较远的光线,不仅不会被吸入,还会在引力作用下弯曲,最终变成一个“透镜”,这样的话我们就可以利用它来观察黑洞。

值得一提的是,黑洞的预言已经在长期的观察和研究当中被证明了确实存在,但是它的好兄弟“白洞”却依旧只是一个预言。

在上世纪六十年代,诺维可夫和尼曼等人以物质世界的对称性为基础,提出宇宙中肯定存在着与黑洞相对的白洞。

黑洞与白洞是相对的

这两者的运动过程是相反的,如果说黑洞是“疯狂吞噬”,那么白洞就是“疯狂吐出”。不过当时提出这一理论的人们,认为黑洞是只出不进的,在这种情况下,自圆其说地提出了该预言。

但是通过霍金辐射大家也都明白了,黑洞并非只出不进,只是辐射得比较慢罢了。

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