恒星的一生
万物之初,大量的气体(原始星云)因为引力(牛顿万有引力定律认为所有的物质都存在互相吸引的力,质量越大,引力越大),向自身坍缩成为一个整体。
收缩过程中,气体原子开始碰撞,导致温度上升。高温中,宇宙原本就有的氢原子变成氦,这样的过程会发出光,就像氢弹爆炸(这是核反应原理)。这种化学反应又会产生更多的热,导致气压升高。气压升高产生的膨胀力到足以平衡向心引力,收缩就停止了。太阳就是在这样的平衡中燃烧着,存在着。
更详细的介绍可以看往期文章生命是这样出现的
然而,终有一天,其中的氢和其他原料有燃尽之时,引力就会在此发挥作用。
燃料燃尽的时候,恒星内的粒子因为泡利不相容原理(两个及以上的粒子不可以是相同的速度),粒子之间会保持速度不一致,他们之间互相活跃的排斥力会抵制引力的收缩力,甚至会和引力产生平衡,维持恒星的状态。所以燃料燃尽后的恒星是一种新的星体,不会无限收缩下去。
我们知道,物质越大,引力越强。当这个恒星足够大且密度够高的时候,引力因其叠加和持续性,就会有超过排斥力的可能。科学家们推算,一个质量大约比太阳的一倍半还大的冷恒星的粒子产生的排斥力会小于其引力,这个极限被称为钱德拉塞卡极限。
质量小于钱德拉塞卡极限的 恒星会停止收缩,成为白矮星。
而质量是太阳1倍或者2倍(恰恰处于钱德拉塞卡极限)的恒星是由根据微观程度的中子和质子之间不相容的原理产生的排斥力而维持的状态,其密度更高,体积比白矮星还小,半径只有10英里左右,密度更高,被成为中子星。
恒星质量大于钱德拉塞卡极限时,它会产生爆炸一类的外射,以使得自己质量减小到极限以下,恒星不会收缩为零,这就是黑洞。
所以,黑洞的原理就是引力非常大的超级大质量恒星燃烧后收缩,为了防止收缩极限,会一边吸引所有物质,一边还会释放出被压缩成另一种的物质抛出来。
黑洞为什么连光也不放过?
上文中描述的大质量高密度恒星的引力场之大,大到能改变了光线的路径(光也受万有引力的影响)。光的传播路径是一个标准的立体锥形。光锥在恒星表面附近会略微内凹。随着恒星收缩,引力增大,内凹力会进一步改变光锥的形状,把光锥变成帽子,最后把两边吸收进来变成三角形,形成一个闭环,光就无法逃脱了,所以黑洞无光出,是看不见的。
如何在宇宙中找到黑洞?
这要从黑洞对其他物体的引力上来看。
太空中常有两颗恒星相互吸引而互相围绕运动的现象,旦有的时候会发现一颗恒星围绕着另一颗看不见的伴星运动,当然,这也可能是一颗相对暗淡看不清的恒星。
如何确定那就是黑洞呢?当那颗可见恒星有个小尾巴,像螺旋形状,那是在不断被一颗不可见星吸引物质的表现。
这被吸走的不只是可见恒星的物质,还有X射线。在这个被吸引过程中,会产生大量的热量,因此发出了x射线,这以现象也成了强x射线源。
如何确定这个不亮恒星是白矮星,中子星还是黑洞?从现有的发现中(如天鹅-x1),科学家们通过光谱什么的一系列复杂的推算知道了这个不亮恒星展现出来的能量要高于钱德拉塞卡极限,所这肯定是黑洞。
在宇宙中黑洞多吗?
不止多,还很大呢。
首先从常理预估,宇宙爆炸之初到现在足够久,足够恒星燃烧几个来回了,我们的太阳的就是第二或者三代恒星。所以黑洞的大量存在是非常合理的。
再看证据。根据现在恒星的速率和质量估算,在银河系中心肯定有一个质量约是太阳十万倍的黑洞存在。我们目前观测到星系中非常致密的射电波和红外线源可能就是中心的黑洞撕裂附近的恒星引发的螺旋形运动产生的热量导致的。
质量极其大的黑洞是什么样?
我们已经观测大宇宙中有这样一个星系,它是个直径130光年的气体盘。
该盘围绕着20倍太阳质量的中心物体旋转,这种质量级别,只能是黑洞,只有黑洞才能释放出如此巨大的能量,产生这么庞大的气体。
黑洞会将这些被自己吸引旋转而来的物质,变成高能量的粒子,让其在黑洞南北极喷射出去,并使之形成强大额气团。目前,科学家们已经观察到很多星体有这样的射流。
存在比太阳小的黑洞吗?
存在的,它们就是太初黑洞。因为它们的质量要低于钱德拉塞卡极限,所以这样的黑洞的形成不应该是自身引力坍缩引起,因为它燃尽自身燃料后,仍可以抵抗其自身的引力。
这样的黑洞是因为外界的高压缩能量导致的。这种外界高压缩能量发生在宇宙之初,宇宙之初是非常高温和高压的,具备这样的条件。所以在宇宙中存在着大大小小的黑洞。
虫洞是怎么回事?
黑洞是个密度极其高的存在,那么虫洞就是宇宙密度极其低的存在。因为引力的作用,时空是弯曲的,所以存在两点间有超越时空平面的近距离存在,虫洞则可以连接两地,实现时空穿梭。
联系客服