黑洞

【#文档大全网# 导语】以下是®文档大全网的小编为您整理的《黑洞》，欢迎阅读！



黑洞

黑洞是根据现代的广义相对论所预言的，在宇宙空间中存在的一种质量相当大的天体。黑洞是由质量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽而死亡后，发生引力坍缩而形成。黑洞的质量是如此之大，它产生的引力场是如此之强，以致任何物质和辐射都无法逃逸，就连光也逃逸不出来。由于类似热力学上完全不反射光线的黑体，故名为黑洞。



黑洞的形成

跟白矮星和中子星一样，黑洞也是由恒星演化而来的。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，直到最后形成体积小、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，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。根据科学家的猜想物质将不可阻挡地向着中心点进军，直至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），正像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。



黑洞研究历史的主要节点

法国物理学家拉普拉斯预言：“一个质量如250个太阳，而直径为地球的发光恒星，由于其引力的作用，将不允许任何光线离开它。由于这个原因，宇宙中最大的发光天体，却不会被我们看见。”



在爱因斯坦发表广义相对论后，德国天文学家卡尔·史瓦西即得到爱因斯坦场方程的精确解，能够对于点质量与球形质量所产生的引力场给出描述，这包括史瓦西度规和史瓦西半径等概念。



德国天文学家沃尔特·巴德和瑞士天文学家弗里茨·兹威基指出，当一个衰老的大质量恒星核无法再通过热核反应产生能量时，它有可能会通过引力坍缩的过程坍缩为一个中子星或黑洞。



美国物理学者欧本海默计算出，一颗质量超过太阳质量3倍（ 欧本海默极限）而又没有任何热核反应的“冷恒星”，一定会在自身引力的作用下坍缩成为黑洞，也就是说该恒星已经成为死亡遗骸。



英国天文学者霍金提出黑洞蒸发的概念，会出现四种可能性：直接湮灭、双双落入黑洞、正粒子落入黑洞而负粒子逃脱、负粒子落入黑洞而正粒子逃脱，而且最后一种可能性最低。






黑洞的分类

按质量分类

超重黑洞：质量可以是太阳的数百万至170亿倍。迄今所知最大的黑洞在星系NGC 1277的中心，质量约为太阳的170亿倍。



中介质量黑洞：是质量超过恒星黑洞（数十倍太阳质量），但远小于超重黑洞（数百万倍太阳质量）的一种黑洞。即超新星爆炸以后所留下的核心质量是太阳的3至15倍就会形成黑洞。



恒星黑洞：大质量恒星（大约20倍太阳质量）引力坍塌后所形成的黑洞，可以借由伽马射线暴或超新星来发现它的踪迹。



微型黑洞：又称作量子黑洞或者迷你黑洞，是很小的黑洞。微型黑洞的产生有可能是在大型强子对撞机内就可以观测到的重要现象。



按物理特性分类

不旋转不带电荷的黑洞：它的时空结构于1916年由史瓦西求出称史瓦西黑洞。



不旋转带电黑洞：称R-N黑洞。时空结构于1916～1918年由Reissner和Nordstrom求出。



旋转不带电黑洞：称克尔黑洞。时空结构由克尔于1963年求出。

一般黑洞：称克尔-纽曼黑洞。时空结构于1965年由纽曼求出。

原初黑洞

原初黑洞是理论预言的一类黑洞，目前尚无直接证据支持原初黑洞的存在。宇宙大爆炸初期，宇宙早期膨胀之前，某些区域密度非常大，以至于宇宙膨胀后这些区域的密度仍然大到可以形成黑洞，这类黑洞叫做原初黑洞。原初黑洞的质量与密度不均匀处的尺度有关，因此原初黑洞的质量可以小于恒星坍塌生成的黑洞，根据霍金的理论，黑洞质量越小，蒸发越快。质量非常小的原初黑洞可能已经蒸发或即将蒸发，而恒星坍塌形成的黑洞的蒸发时标一般长于宇宙时间。天文学家期待能观测到某些原初黑洞最终蒸发时发出的高能伽马射线。



黑洞的天文观测

黑洞形成后，周遭的物质会不断被吸入黑洞中而无法被观测，更无法指出当黑洞单独存在，但当双星中的一方为黑洞时，来自另一方星球的气团不断流入黑




洞，骤然激起的高温，这时X射线闪光等会发亮，此时可以间接发现黑洞存在。由于黑洞观测有实际的困难度存在，宣称某个星体是黑洞者，通常都只给出几张模糊的照片或部分的数据，黑洞的所有特征无法全面验证，一般媒体报道实际仅有部分资讯，无法满足专业天体物理的数据要求，因此天文数据库当中，并没有黑洞，仅有黑洞候选星。



人们为了寻找黑洞付出很多努力，成果却不多，20世纪的70年代才找到4个黑洞候选者，在90年代之后又发现6对新的X射线双星黑洞候选者，其中2个在大麦哲伦星系里，8个在银河系内，并于2000年后续续探测出7个，有人估计过去100亿年中银河系平均每100年有一颗超新星爆炸，而每100个中有1颗导致黑洞形成，那么银恒系应该有100万个恒星级黑洞，可是至2007年也只有找到一共17个黑洞候选者。



黑洞的天文观测

美国宇航局2010年11月15日发现地球附近有一个年仅30岁的黑洞，这也是人类科学史上发现的最年轻的黑洞。这个30岁的黑洞是距离地球约5000万光年的M100星系中的超新星“SN1979C”的余烬。根据钱德拉X射线望远镜、美国雨燕卫星、欧洲宇航局牛顿X射线天文望远镜（XMM-Newton ）以及德国伦琴卫星获得的数据显示一个明亮的X射线源，这个X射线源在1995年到2007年这段观测期内一直非常稳定，这表明这个天体是一个黑洞，它正在吞噬这颗超新星和伴星落下的物质。这是唯一一个人类全程见证它形成的黑洞，也是超新星爆炸能够形成黑洞的唯一的直接证据。



天鹅座X-1的赌约

天鹅座X-1曾是物理学家史蒂芬·霍金和基普·索恩打赌的主角，霍金赌这个空间里没有黑洞存在。霍金后来解释，这是一个“保险措施”。



在《时间简史》里，霍金写道：“对我而言是一个保险的形式。我对黑洞做了许多研究，如果发现黑洞不存在，则这一切都成为徒劳。但在这种情形下，我将得到赢得打赌的安慰，他要给我4年的杂志《侦探》。如果黑洞确实存在，基普·索恩将得到1年的《阁楼 （杂志）》。我们在1975年打赌时，大家80%断定，天鹅座是一个黑洞。迄今，我可以将大约95%是肯定的，但输赢最终尚未见分晓。”



根据《时间简史》的十周年更新版本，霍金已经输了打赌，因为之后的观测数据支持黑洞理论。在索恩的《黑洞与时间扭曲》中，索恩写道：1990年霍金到南加州大学演讲，当时索恩人在莫斯科，于是霍金大张旗鼓闯入索恩的办公室拿出当年的赌据来按手指认输。

本文来源：https://www.wddqxz.cn/805e430fb94cf7ec4afe04a1b0717fd5370cb268.html