黑洞形成的原因和過(guò)程

　　宇宙中大部分星系，包括我們居住的銀河系的中心都隱藏著一個(gè)超大質(zhì)量黑洞。那么你知道黑洞形成的原因和過(guò)程嗎?學(xué)習(xí)啦小編在此整理了黑洞形成的原因和過(guò)程，供大家參閱，希望大家在閱讀過(guò)程中有所收獲!

　　黑洞形成的原因和過(guò)程介紹

　　黑洞就是中心的一個(gè)密度無(wú)限大、時(shí)空曲率無(wú)限高、體積無(wú)限小的奇點(diǎn)和周?chē)徊糠挚湛杖缫驳奶靺^(qū)，這個(gè)天區(qū)范圍之內(nèi)不可見(jiàn)。黑洞的產(chǎn)生過(guò)程類(lèi)似于中子星的產(chǎn)生過(guò)程;某一個(gè)恒星在準(zhǔn)備滅亡，核心在自身重力的作用下迅速地收縮，塌陷，發(fā)生強(qiáng)力爆炸。當(dāng)核心中所有的物質(zhì)都變成中子時(shí)收縮過(guò)程立即停止，被壓縮成一個(gè)密實(shí)的星體，同時(shí)也壓縮了內(nèi)部的空間和時(shí)間。但在黑洞情況下，由于恒星核心的質(zhì)量大到使收縮過(guò)程無(wú)休止地進(jìn)行下去，中子本身在擠壓引力自身的吸引下被碾為粉末，剩下來(lái)的是一個(gè)密度高到難以想象的物質(zhì)。由于高質(zhì)量而產(chǎn)生的力量，使得任何靠近它的物體都會(huì)被它吸進(jìn)去。黑洞開(kāi)始吞噬恒星的外殼，但黑洞并不能吞噬如此多的物質(zhì)，黑洞會(huì)釋放一部分物質(zhì)，射出兩道純能量——γ射線。

　　也可以簡(jiǎn)單理解：通常恒星的最初只含氫元素，恒星內(nèi)部的氫原子時(shí)刻相互碰撞，發(fā)生聚變。

　　由于恒星質(zhì)量很大，聚變產(chǎn)生的能量與恒星萬(wàn)有引力抗衡，以維持恒星結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。由于聚變，氫原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)最終發(fā)生改變，破裂并組成新的元素——氦元素，接著，氦原子也參與聚變，改變結(jié)構(gòu)，生成鋰元素。如此類(lèi)推，按照元素周期表的順序，會(huì)依次有鈹元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成，直至鐵元素生成，該恒星便會(huì)坍塌。這是由于鐵元素相當(dāng)穩(wěn)定，參與聚變時(shí)不釋放能量，而鐵元素存在于恒星內(nèi)部，導(dǎo)致恒星內(nèi)部不具有足夠的能量與質(zhì)量巨大的恒星的萬(wàn)有引力抗衡，從而引發(fā)恒星坍塌，最終形成黑洞。說(shuō)它“黑”，是因?yàn)樗拿芏葻o(wú)窮大，從而產(chǎn)生的引力使得它周?chē)墓舛紵o(wú)法逃逸。跟中子星一樣，黑洞也是由質(zhì)量大于太陽(yáng)質(zhì)量好幾倍以上的恒星演化而來(lái)的。

　　當(dāng)一顆恒星衰老時(shí)，它的熱核反應(yīng)已經(jīng)耗盡了中心的燃料(氫)，由中心產(chǎn)生的能量已經(jīng)不多了。這樣，它再也沒(méi)有足夠的力量來(lái)承擔(dān)起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下，核心開(kāi)始坍縮，物質(zhì)不可阻擋地向著中心點(diǎn)進(jìn)軍，直到最后形成體積接近無(wú)限小、密度幾乎無(wú)限大的星體。而當(dāng)它的半徑一旦收縮到一定程度(一定小于史瓦西半徑)，質(zhì)量導(dǎo)致的時(shí)空扭曲就使得即使光也無(wú)法向外射出——“黑洞”就誕生了。

　　黑洞的表現(xiàn)形式

　　恒星的時(shí)空扭曲改變了光線的路徑，使之和原先沒(méi)有恒星情況下的路徑不一樣。光在恒星表面附近稍微向內(nèi)偏折，在日食時(shí)觀察遠(yuǎn)處恒星發(fā)出的光線，可以看到這種偏折現(xiàn)象。當(dāng)該恒星向內(nèi)坍塌時(shí)，其質(zhì)量導(dǎo)致的時(shí)空扭曲變得很強(qiáng)，光線向內(nèi)偏折得也更強(qiáng)，從而使得光線從恒星逃逸變得更為困難。對(duì)于在遠(yuǎn)處的觀察者而言，光線變得更黯淡更紅。最后，當(dāng)這恒星收縮到某一臨界半徑(史瓦西半徑)時(shí)，其質(zhì)量導(dǎo)致時(shí)空扭曲變得如此之強(qiáng)，使得光向內(nèi)偏折得也如此之強(qiáng)，以至于光線再也逃逸不出去 。這樣，如果光都逃逸不出來(lái)，其他東西更不可能逃逸，都會(huì)被拉回去。也就是說(shuō)，存在一個(gè)事件的集合或時(shí)空區(qū)域，光或任何東西都不可能從該區(qū)域逃逸而到達(dá)遠(yuǎn)處的觀察者，這樣的區(qū)域稱(chēng)作黑洞。將其邊界稱(chēng)作事件視界，它和剛好不能從黑洞逃逸的光線的軌跡相重合。

　　與別的天體相比，黑洞十分特殊。人們無(wú)法直接觀察到它，科學(xué)家也只能對(duì)它內(nèi)部結(jié)構(gòu)提出各種猜想。而使得黑洞把自己隱藏起來(lái)的的原因即是彎曲的時(shí)空。根據(jù)廣義相對(duì)論，時(shí)空會(huì)在引力場(chǎng)作用下彎曲。這時(shí)候，光雖然仍然沿任意兩點(diǎn)間的最短光程傳播，但相對(duì)而言它已彎曲。在經(jīng)過(guò)大密度的天體時(shí)，時(shí)空會(huì)彎曲，光也就偏離了原來(lái)的方向。

　　在地球上，由于引力場(chǎng)作用很小，時(shí)空的扭曲是微乎其微的。而在黑洞周?chē)?，時(shí)空的這種變形非常大。這樣，即使是被黑洞擋著的恒星發(fā)出的光，雖然有一部分會(huì)落入黑洞中消失，可另一部分光線會(huì)通過(guò)彎曲的空間中繞過(guò)黑洞而到達(dá)地球。觀察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一樣，這就是黑洞的隱身術(shù)。

　　更有趣的是，有些恒星不僅是朝著地球發(fā)出的光能直接到達(dá)地球，它朝其它方向發(fā)射的光也可能被附近的黑洞的強(qiáng)引力折射而能到達(dá)地球。這樣我們不僅能看見(jiàn)這顆恒星的“臉”，還同時(shí)看到它的“側(cè)面”、甚至“后背”，這是宇宙中的“引力透鏡”效應(yīng)。

　　這張紅外波段圖像拍攝的是我們所居住銀河系的中心部位，所有銀河系的恒星都圍繞銀心部位可能存在的一個(gè)超大質(zhì)量黑洞公轉(zhuǎn)。 據(jù)美國(guó)太空網(wǎng)報(bào)道，一項(xiàng)新的研究顯示，宇宙中最大質(zhì)量的黑洞開(kāi)始快速成長(zhǎng)的時(shí)期可能比科學(xué)家原先的估計(jì)更早，并且仍在加速成長(zhǎng)。

　　一個(gè)來(lái)自以色列特拉維夫大學(xué)的天文學(xué)家小組發(fā)現(xiàn)，宇宙中最大質(zhì)量黑洞的首次快速成長(zhǎng)期出現(xiàn)在宇宙年齡約為12億年時(shí)，而非之前認(rèn)為的20~40億年。天文學(xué)家們估計(jì)宇宙的年齡約為138.2億年。

　　同時(shí)，這項(xiàng)研究還發(fā)現(xiàn)宇宙中最古老、質(zhì)量最大的黑洞同樣具有非常快速的成長(zhǎng)。有關(guān)這一發(fā)現(xiàn)的詳細(xì)情況發(fā)表在最新一期的《天體物理學(xué)報(bào)》。

　　如果黑洞足夠大，宇航員會(huì)開(kāi)始覺(jué)察到拉著他腳的重力比拉著他頭的重力更強(qiáng)大，這種吸引力拖著他無(wú)情地向下落，重力差會(huì)迅速加大而將他撕裂，最終他的遺體會(huì)被扯得粉碎而落入黑洞那無(wú)限致密核心。

　　普金斯基和他的兩個(gè)學(xué)生艾哈邁德·艾姆哈里、詹姆斯·薩利，加上該校的另一位弦理論學(xué)家唐納德·馬洛夫一起，對(duì)這一事件進(jìn)行了重新計(jì)算。根據(jù)他們的計(jì)算，卻呈現(xiàn)出完全不同的另一番場(chǎng)景：量子效應(yīng)會(huì)把事件視界變成沸騰的粒子大漩渦，任何東西掉進(jìn)去都會(huì)撞到一面火焰墻上而被瞬間烤焦。