黑洞的诸多性质令人着迷,由于这些性质与我们的常规认知相悖,并且和我们在日常生活中接触到的普通物质截然不同。
黑洞的实质究竟为何?它同寻常天体一样,呈现为暗色的球状形态,抑或它名副其实,实为一片深不见底的黑色虚空?
今天,我们就一起了解一下,这个宇宙中最神奇的天体——黑洞。
广义相对论揭示出黑洞这一宇宙特殊天体的存在,黑洞最显著的特征是其难以估量的引力作用,任何天体都有其对应的“脱离速度”,即摆脱该天体引力所需的速率,地球的脱离速度为11.2公里每秒,而太阳的脱离速度则达到617.7公里每秒。
当某个天体的逃离速度超过光速,这个天体即为黑洞,换言之,黑洞的逃离速度为每秒三十万千米。
什么样的天体能够变成黑洞呢?根据当前科学界的看法,宇宙中的黑洞大多是由恒星消亡后形成的,在恒星坍缩之前,其质量若达到太阳质量的2到3倍左右,就可能转变为黑洞,需要特别指出的是,这个质量指的是坍缩前的质量,而不是恒星处于主序星时期的质量,所以能够形成黑洞的恒星,通常质量都超过太阳质量的2到3倍。
恒星中心区域会转变为黑洞,并非整个恒星物质都参与其中,恒星外部的物质大体在发展后期被抛离,构成星云,这些星云在重力作用下逐步凝聚成新恒星。
天文学家推测,除了由恒星坍缩产生的黑洞外,宇宙深处或许还潜藏着另一种类型的天体,即所谓的“原生黑洞”。这种天体据信诞生于宇宙诞生初期,当时宇宙整体物质密度极大,部分区域恰好具备了形成黑洞的物理条件。
恒星本质上是物质在引力作用下高度汇聚的结果,这种汇聚为黑洞的形成创造了基础条件,早期宇宙物质密度极大,即便没有恒星也能直接生成黑洞,但这类黑洞普遍体积微小,依据相关理论,它们诞生后会持续损失质量,最终会在一次剧烈的爆发中彻底消亡。
部分早期黑洞或许能够存活,并且在此期间持续吸引物质,逐渐演变为巨型黑洞。根据我们的观测,几乎每个星系的核心位置都存在巨型黑洞。以本星系为例,位于中心的人马座A,极有可能就是巨型黑洞,其质量可能高达太阳质量的200万倍。
银河系内部或许藏有多个黑洞,部分新生的黑洞可能受引力作用向核心靠拢,最终引发一场规模宏大的撞击,进而合并形成一个全新的黑洞。
黑洞这个名称虽然如此,但黑洞并非完全不发光,只是所有光线都无法逃离它的视界,没有光线也就没有信息传递,因此从我们角度看它是全黑的,实际上黑洞应当是发出光芒的。
因此,借助电子设备能够重现黑洞的影像,人类首次捕捉到的黑洞图像源自于旋涡状星系M87,该天体位于5500万光年之外,其质量相当于太阳的
65亿倍!
这张照片同样表明,爱因斯坦的广义相对论在黑洞附近极端条件下依然适用!
那么,如果不考虑黑洞巨大的吸引力,它实际的面貌会是怎样呢?黑洞的核心处是一个“奇点”,任何物质都能被挤压成奇点,只要该物质的直径小于它的史瓦西直径,它就会转变为奇点。
地球的史瓦西半径为9毫米,若将整个地球压缩成半径为9毫米的小球,地球便会转变为黑洞,因此黑洞的内在就是一个被极度压缩形成的“奇点”,在脑海中,它应当被视为一个持续变化的球形。
为什么我们还要把奇点和事件视界,统称为“黑洞”呢?
这本质上还是源于引力,在广义相对论里,引力的根本在于时空的扭曲,物质的质量和能量可以相互转换,所以物质可以看作是能量更规整的一种形态,所有带有质量的物体都会引发引力,而引力的核心就是物体对时空造成的改变。
密度越大的物体,其质量也越大,对时空造成的扭曲就越明显,由此引发的引力也就越强。当身处黑洞附近时,那里的引力非常惊人,任何靠近它的东西,都仿佛坠入了深不见底的漩涡,只能不断下坠,永远无法到达底部。
因此,黑洞的核心是奇点,它如同一个深不见底的漩涡,持续将周边物质卷入其中,这是黑洞最显著的表现形式。由于黑洞的特殊性质,我们对于天体中的黑洞研究十分有限,毕竟黑洞自身不发光,只能通过其他方式来推断它们的存在情况。
也许,将来某个时刻,人类能够亲身前往黑洞,彻底揭开其所有秘密。
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