宇宙黑洞(宇宙黑洞有多大)

1年前 (2024-04-22)

宇宙黑洞(宇宙黑洞有多大)

什么是宇宙黑洞

【黑洞介绍】

黑洞广义相对论预言的密度特别大的黑暗天体。大质量恒星在演化末期会坍缩，它们的物质特别密集。它有一个封闭的边界，叫做“地平线”，黑洞中隐藏着一个巨大的引力场。因为引力场太强了，包括光子在内的任何物质都只能进入而不能逃逸。形成黑洞的恒星核心质量下限约为太阳质量的3倍。当然，这是最终的恒星核心质量，不是主序列时期恒星的质量。除了这个恒星黑洞，还有其他黑洞3354的来源。所谓的迷你黑洞可能是在宇宙早期形成的，而所谓的超大质量黑洞可能存在于银河系的中心。（

黑洞不允许外界看到其边界内的任何东西，这就是为什么这样的物体被称为“黑洞”。我们不能通过光的反射来观察它，我们只能通过周围受其影响的物体来间接了解黑洞。也就是说，黑洞仍然有它的边界，即“事件视界”。据推测，黑洞是死星的残余，是在特殊的大质量超坍缩时产生的。另外，黑洞一定是质量大于钱德拉塞卡极限的恒星演化到阶段形成的，质量小于钱德拉塞卡极限的恒星是广义相对论预言的密度特别大的暗天体，不可能形成黑洞。大质量恒星在演化末期会坍缩，它们的物质特别密集。它有一个封闭的边界，叫做“地平线”，黑洞中隐藏着一个巨大的引力场。因为引力场太强了，包括光子在内的任何物质都只能进入而不能逃逸。形成黑洞的恒星核心质量下限约为太阳质量的3倍。当然，这是最终的恒星核心质量，不是主序列时期恒星的质量。除了这个恒星黑洞，还有其他黑洞3354的来源。所谓的迷你黑洞可能是在宇宙早期形成的，而所谓的超大质量黑洞可能存在于银河系的中心。(参考《宇宙新视野》)

从物理学角度的解释黑洞实际上是一颗行星(类似于行星)，但它的密度非常非常大，所有靠近它的物体都受它的引力束缚(就像地球上的人不会飞走一样)，无论他们用得多快，都离不开它。对于地球来说，以第二宇宙速度(11.2km/s)飞行可以逃离地球，但是对于黑洞来说，它的第二宇宙速度大到超过光速，所以连光都跑不出去，所以入射光不会反射回来，我们的眼睛什么也看不见，只是黑。一些科学家认为，光速比黑洞慢，所以当速度比黑洞快时，光被吸入，可以穿过黑洞的边缘。黑洞广义相对论预言的密度特别大的黑暗天体。大质量恒星在演化末期会坍缩，它们的物质特别密集。它有一个封闭的边界，叫做“地平线”，黑洞中隐藏着一个巨大的引力场。因为引力场太强了，包括光子在内的任何物质都只能进入而不能逃逸。形成黑洞的恒星核心质量下限约为太阳质量的3倍。当然，这是最终的恒星核心质量，不是主序列时期恒星的质量。除了这个恒星黑洞，还有其他黑洞3354的来源。所谓的迷你黑洞可能是在宇宙早期形成的，而所谓的超大质量黑洞可能存在于银河系的中心。(参考《时间简史》)

根据广义相对论，引力场会弯曲时空。当恒星的大小很大时，它的引力场对时间和空间的影响很小，从恒星表面某一点发出的光可以向任何方向直线发射。恒星半径越小，其对周围时空的弯曲作用越大，以一定角度发出的光会沿着弯曲的空间回到恒星表面。

当恒星的半径小到一个特定值(天文学上称为“史瓦西半径”)时，即使是从垂直表面发出的光也会被捕获。这时，恒星变成了黑洞。我们所说的“黑”，是指它像宇宙中的无底洞。一旦有什么东西掉进去了，似乎就逃不掉了。其实黑洞真的是“看不见”的，我们后面会讲到。

那么，黑洞是如何形成的呢？事实上，像白矮星和中子星一样，黑洞可能是由恒星演化而来的。

我们详细介绍了白矮星和中子星的形成过程。当.的时候

一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料（氢），由中心产生的能量已经不多了。这样，它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下，核心开始坍缩，直到形成体积小、密度大的星体，重新有能力与压力平衡。

质量小一些的恒星主要演化成白矮星，质量比较大的恒星则有可能形成中子星。而根据科学家的计算，中子星的总质量不能大于三倍太阳的质量。如果超过了这个值，那么将再没有什么力能与自身重力相抗衡了，从而引发另一次大坍缩。

这次，根据科学家的猜想，物质将不可阻挡地向着中心点进军，直成为一个体积趋于零、密度趋向无限大的“点”。而当它的半径一旦收缩到一定程度(史瓦西半径)，正象我们上面介绍的那样，巨大的引力就使得即使光也无法向外射出，从而切断了恒星与外界的一切联系——“黑洞”诞生了。

与别的天体相比，黑洞是显得太特殊了。例如，黑洞有“隐身术”，人们无法直接观察到它，连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。那么，黑洞是怎么把自己隐藏起来的呢？答案就是——弯曲的空间。我们都知道，光是沿直线传播的。这是一个最基本的常识。可是根据广义相对论，空间会在引力场作用下弯曲。这时候，光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播，但走的已经不是直线，而是曲线。形象地讲，好像光本来是要走直线的，只不过强大的引力把它拉得偏离了原来的方向。

在地球上，由于引力场作用很小，这种弯曲是微乎其微的。而在黑洞周围，空间的这种变形非常大。这样，即使是被黑洞挡着的恒星发出的光，虽然有一部分会落入黑洞中消失，可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球。所以，我们可以毫不费力地观察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一样，这就是黑洞的隐身术。

更有趣的是，有些恒星不仅是朝着地球发出的光能直接到达地球，它朝其它方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球。这样我们不仅能看见这颗恒星的“脸”，还同时看到它的侧面、甚后背！

“黑洞”无疑是本世纪有挑战性、也最让人激动的天文学说之一。许多科学家正在为揭开它的秘面纱而辛勤工作着，新的理论也不断地提出。不过，这些当代天体物理学的成果不是在这里三言两语能说清楚的。有兴趣的朋友可以去参考专门的论著。

天文学家通过长期观测发现，在宇宙中有一些引力非常大却又看不到任何天体的区域，称之为黑洞。黑洞是位居宇宙空间和时间构造中的一些深不见底的类似井状的东西，具有极大的吸引力，包括光在内的任何物体都无法逃脱被吸入的运。这就使得人们对于黑洞的研究变得异常困难：它既不向外散发能量，也不表现出任何形式的能量，人们根本无法看到它。因此，人们对于黑洞的研究就象是对一种看不见的东西进行研究。

宇宙黑洞包括物理黑洞和暗能量黑洞两种。物理黑洞有巨大的质量，但暗能量黑洞只有巨大的暗能量而没有巨大的质量。目前每个星系中心的黑洞都是暗能量黑洞。暗能量黑洞的引力与它内部的暗能量和它的旋转速度的乘积成正比，与它的体积成反比。

星体塌陷而成的``具有很大的引力。根据爱因斯坦提出的黑洞概念，大质量恒星在其演化末期会发生塌缩，其物质特别致密，它有一个称为“视界”的封闭边界，形成这个边界的区域就称之为黑洞。黑洞中隐匿着巨大的引力场，因为引力场特别强以于包括光子在内的任何物质只能进去而无法逃脱。但是，在银河系心脏地带这个黑洞周围竟然存在许多年轻的恒星，这就好像在地球上，在一个活跃的火山旁边，同时还设有一个幼儿园。这种场景非常具有戏剧性，可是在宇宙中却是真实的存在着。

Farhad Yusef-Zadeh说，由于这些恒星被许多尘埃云和气体包围着，所有刚开始他们并没有发现这些恒星的存在。后来他们观测发现，在这个黑洞周围有一个环状的气带，其中有很强的无线电发出，通过检测确认这个环状气带中含有许多的恒星。而且这些恒星都很年轻，他们从诞生到现在只有几十万年的时间。这个环状气带中包含的恒星数量大约为50到100颗，都是些个头巨大的家伙，大部分恒星质量都在太阳的30到50倍之间。

根据以往恒星形成理论，形成新恒星的气体和尘埃云会被这个中心黑洞吸引进去，无法维持新恒星形成的稳定环境，但此次的观测却找到有大量体积较大的恒星在黑洞附近区域产生的证据。对此，Farhad Yusef-Zadeh解释说，现在发现的这些年轻的恒星，很可能由于它们与黑洞保持了一个理的距离，因而能在黑洞重力场的吸引下环绕黑洞轨道稳定运转着，这就和太阳系中行星环绕太阳运行的情况一样。这一发现，不但确认了黑洞对大质量恒星形成起促进作用的理论，同时也用最直接的证据进一步支持了星系中心黑洞在星系形成期间起关键性作用的理论。

科学家们预测，此次的研究结果将完全改变以往天文学界对大质量恒星诞生地点的看法。此前科学家们认为，大体积恒星首先是在星系的其它地方形成的，在形成之后才开始迁移，逐步向星系中心的黑洞靠拢。而且大质量恒星是不会在黑洞附近形成产生的，因为在中心黑洞附近，物质的高速运动会影响到恒星的形成，甚阻碍新恒星的诞生，所以许多科学家倾向于这种恒星的“形成-迁移”学说，他们还认为像太阳这样的小质量恒星很可能就是按照这种孕育模式形成的。而这次的观测结果却表明，银河系中心黑洞附近就是某些大质量恒星的诞生地。也许今后在研究恒星形成过程时，科学家会从中得到一些新的启发。

什么是宇宙黑洞

“黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”，其实不然。所谓“黑洞”，就是这样一种天体：它的引力场是如此之强，就连光也不能逃脱出来。

根据广义相对论，引力场将使时空弯曲。当恒星的体积很大时，它的引力场对时空几乎没什么影响，从恒星表面上某一点发的光可以朝任何方向沿直线射出。而恒星的半径越小，它对周围的时空弯曲作用就越大，朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。

等恒星的半径小到一特定值(天文学上叫“史瓦西半径”)时，就连垂直表面发射的光都被捕获了。到这时，恒星就变成了黑洞。说它“黑”，是指它就像宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉进去，“似乎”就再不能逃出。实际上黑洞真正是“隐形”的，等一会儿我们会讲到。

那么，黑洞是怎样形成的呢？其实，跟白矮星和中子星一样，黑洞很可能也是由恒星演化而来的。

我们曾经比较详细地介绍了白矮星和中子星形成的过程。当一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料(氢)，由中心产生的能量已经不多了。这样，它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下，核心开始坍缩，直到形成体积小、密度大的星体，重新有能力与压力平衡。

“黑洞”无疑是本世纪有挑战性、也最让人激动的天文学说之一。许多科学家正在为揭开它的秘面纱而辛勤工作着，新的理论也不断地提出。不过，这些当代天体物理学的成果不是在这里三言两语能说清楚的。有兴趣的朋友可以去参考专门的论著。一个时空的黑暗区，由一些质量颇大的星体经重力塌缩后，所剩余的东西就成了黑洞。它的基本特徵是有一个封闭的视界，这视界就是黑洞的边界，一切外来的物质和辐射可以进入这视界以内，但视界内任何物质都不能从里面跑出来。我们可用一句”有入无出”来形容它。

黑洞产生之谜？

当一颗质量相当大的星体之核能耗尽(超新星爆发)后，残骸质量比太阳质量高3倍的恒星核心会演化成黑洞（若中子星有伴星，而中子星吸收足够伴星的物质，也能演化成黑洞)。在黑洞内，没有任何向外力能维持与重力平衡，因此，核心会一直塌缩下去，形成黑洞。

当物质掉进了事界，纵使以光速计算，也不能再走出来。

爱因斯坦以几何角度把黑洞解释为空间扭曲的洞，物质随空间而行，如果空间本身就是洞，是没有物质可逃出的。

黑洞分为四种：

恒星演化出来的黑洞、原始黑洞、重量级黑洞和研究中的中量级黑洞。

黑洞也有界限？

当一个黑洞形成后，所有物质都会向中心塌缩成一个非常细小的质点，称为奇点，黑洞的表面层称为「事件穹界」。

而这表面层和中心奇点的距离就是史瓦半径。任何物质要从黑洞的史瓦半径跑到外面去，它的逃离速度便要大於光速。

但根据狭义相对论，光速是速度的极限，因此，一切物质到了事件穹界便扯向中心的奇点，永不能逃出来。

黑洞是看不见的吗？

黑洞是个因为重力太强以致连速度最快的光也无法脱离的天体。黑洞周围的时空也受到重力的影响而扭曲，产生了一个"事地平面"，任何物质只要被它吞噬就再也逃脱不出这范围，它的半径称为"重力半径"。由於连光也无法脱离，所以无法看到事象平面之内侧。

黑洞之发现？

於1990年4月27日，哈勃太空望远镜 Hubble Space Telescope的启用，为人类探索太空揭开了新的一页，虽然在制造时出了错误，使影像大打折扣，可是仍对天文学有莫大的贡献。

近来，人类对一直只是存在於理论范畴内的黑洞，已透过哈勃太空望远镜，有了进一步的证据。於仙女座大星系M31附近的M32发现了一个质量大於太阳三百万倍的黑洞。M32是在我们的银河系附近，距离地球2.3百万光年的星系。它是人类所知密度最高的星系，於直径只有一千光年的范围内（我们的银行河系直径约十万光年），包含了四百万颗星，中心和密度是我们的银河系100个一百万倍左右。假设你生活於M32中心的行星上，你会见到一个密布星光的夜光，光度比一百倍满月还要亮。科学家是由星星於该星系的活动，及其中心密度而推测的。此星系内之星星移动速度较其它一般星系每秒快了100公里。

齐来寻找黑洞吧！

由於黑洞不能发出光线，体积又非常细小，所以是不可能用天文望远镜规测得到地的。但根据理论，如果一对双星中的伴星是黑洞，那麼主星的物质被吸引向黑洞而形成一个吸积环。由於吸积环的物质互相摩刷而引起高温，因而辐射X光线。於是，黑洞搜索者就将重点於X射线密近双星上。

1962年，人们探测所得，於天鹅座鹅颈内有一股X射线，并将该源名为是非常有可能是一黑洞。天鹅座X-1是一 X射线源，它的一颗子星是超蓝，那可能是黑洞而看不见的子星质量。

广义相对论预言的一种特别致密的暗天体。大质量恒星在其演化末期发生塌缩，其物质特别致密，它有一个称为“视界”的封闭边界，黑洞中隐匿着巨大的引力场,因引力场特别强以于包括光子在内的任何物质只能进去而无法逃脱。形成黑洞的星核质量下限约3倍太阳质量，当然，这是的星核质量，而不是恒星在主序时期的质量。除了这种恒星级黑洞，也有其他来源的黑洞——所谓微型黑洞可能形成于宇宙早期，而所谓超大质量黑洞可能存在于星系*。（参考：《宇宙新视野》）

黑洞不让任何其边界以内的任何事物被外界看见，这就是这种物体被称为“黑洞”的缘故。我们无法通过光的反射来观察它，只能通过受其影响的周围物体来间接了解黑洞。虽然这么说，但黑洞还是有它的边界，即＂事件视界（视界）＂．据猜测，黑洞是死亡恒星的剩余物，是在特殊的大质量超坍塌收缩时产生的。另外，黑洞必须是一颗质量大于钱德拉塞卡极限的恒星演化到末期而形成的，质量小于钱德拉塞卡极限的恒星是无法形成黑洞的．（有关参考：《时间简史》——霍金著）

如果把光子当成粒子，黑洞要密度足够大光速不能逃逸就可以了。但为了不让黑洞把一切吞噬，必须有一种斥力使其平衡。这两种力，人类都没有发现。

如果把光当成普通的机械波，任何快速吸收都可成为黑洞。从实现看，更简洁一些。

这样地球上也允许存在黑洞，但时间不可能长。

快速的对光介质运动是黑洞形成的条件。

黑洞最可能的形成方式是恒星爆炸。