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黑洞是什么?

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黑洞(Black hole)是现代广义相对论中,宇宙空间内存在的一种超高质量天体,由于类似热力学上完全不反射光线的黑体,故名为黑洞。目前公认的理论认为,黑洞只有三个物理量可以测量到:质量、电荷、角动量。
黑洞

黑洞

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,发生引力坍缩产生的。黑洞的质量极其巨大,而体积却十分微小,它产生的引力场极为强劲,以致于任何物质和辐射在进入到黑洞的一个事件视界(临界点)内,便再无力逃脱,就连传播速度最快的光(电磁波)也逃逸不出。
十万个为什么-黑洞是什么

十万个为什么-黑洞是什么

黑洞产生过程 

力学知识告诉我们,万有引力无处不在,它和物体的质量成正比、距离的平方成反比。那么,任何一个恒星各个部分之间当然也是存在万有引力的。但是,恒星之所以能够维持一个较大的球形而没有被万有引力吸引得“塌缩”下去,是由于存在其他的力与引力抗衡,这个力就是恒星内部热核反应加热气体产生的膨胀力。

黑洞具有超强的引力

黑洞具有超强的引力

热核反应的基本过程是将较轻的氢原子合并成较重的氦原子,在这一过程中会释放出大量的热量。等到核燃料逐渐耗尽的时候,恒星也就开始衰老,濒临死亡了。这时,气体就会逐渐冷却下来,与引力相抗衡的气体压力因而就会大大减小。于是,恒星的外周部分在强大的万有引力作用下迅速向中心塌缩,恒星的体积迅速缩小。在塌缩过程中,恒星内部会形成反弹激波,恒星外层的气体会在反弹激波的作用下爆炸,将一部分气体抛到宇宙空间中。根据情况的不同会产生超新星爆发或伽马射线暴现象。

吞噬恒星的黑洞

吞噬恒星的黑洞

1、白矮星

  下一步的命运取决于原先恒星的质量。如果原先的恒星质量较小,坍缩核心小于1.4个太阳质量,当恒星缩小到一定程度后,一种叫做“电子简并压力”(见注释)的力能够与引力抗衡,星体于是停止塌缩。这时形成的星体叫“白矮星”。这种星体表面仍然存在少量可燃烧物质,但是温度非常高,所以颜色很“白”。再加上这种形体体积很小,即“很矮”,所以叫做白矮星。

恒星演化形成白矮星

恒星演化形成白矮星

2、中子星

  如果爆发前恒星的质量比较大,坍缩核心大于1.4个太阳质量但小于3.2个太阳质量,引力就会更强一些,这时电子简并压力也无法与引力抗衡,恒星会进一步塌缩。这时另一种力——“中子简并压力”出现并发挥作用,能够与引力达到平衡。星体于是停止塌缩。这时形成的星体叫做“中子星”。中子星中大部分物质都是由中子构成的,中子和中子之间空隙很小,故中子星密度非常大:它的半径只有10公里,但是质量却达到太阳质量的2倍!

恒星演化形成的中子星

恒星演化形成的中子星

3、黑洞

  如果爆发恒星坍缩核心高于3.2个太阳质量,引力会非常强,即使是中子简并压力也无法与之平衡,于是恒星只能进一步地塌缩下去,变成一个黑洞!

黑洞

黑洞

 恒星形成黑洞的表现形式

超新星爆发效果图

超新星爆发效果图

恒科学家通过详细的研究表明,对于坍缩核心大于3.2个太阳质量的恒星,它们演化的最终结局虽然都是黑洞,但却有两种截然不同的具体表现:一是超新星爆发,二是伽马射线暴。恒星到底表现为哪种方式,取决于恒星的初始物理状态,比如旋转的快慢。旋转慢的大质量恒星死亡后会发生超新星爆发;而旋转快的则会形成一个强大的“喷流”,也就是伽马射线暴。超新星爆发与伽马射线暴两种爆发的总能量相差无几,区别在于前者较为“温和”,即这些能量是在较长的时间里爆发,而且向不同方向喷出,而后者非常剧烈,在极短时间里——从不到1秒到几百秒——就发出巨大的能量, 而且集中在一个方向上。到目前为止,伽马射线暴是人们所观察到的宇宙中最剧烈的爆发现象。它是上世纪60年代才偶然发现的比较新的天文现象,关于它的起因仍是一个谜,因此这是目前天体物理研究的一个热点。
伽马射线暴

伽马射线暴

观测证据

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。

神秘的黑洞

神秘的黑洞

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—— 100000whys

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