科學家揭！成熟黑洞時間靜止 大質量恆星死亡過程

存在於一個星系核心的超大質量黑洞，黑洞演化的終點或許是成為一種讓人費解的，時間呈現停滯的時空狀態。現在，一項最新的研究提出了一種新方法，可以了解某個黑洞整體特性… …

黑洞是宇宙中最神秘的天體之一。簡單地說，它們就是當大量物質被壓縮進入一個極小的區域，從而使其物質密度達到極高的狀態。

儘管觀測顯示黑洞應當是宇宙中非常普遍的現象，但科學家們目前尚無法確切理解黑洞的內部狀況。愛因斯坦的廣義相對論通常會被用來理解黑洞的物理特性。

「但這是超出我們現有的物理知識的，」朱安·安東尼·瓦倫丁·克農(Juan Antonio Valiente Kroon)說。他是倫敦大學瑪麗皇后學院的數學家。「要想理解黑洞內部發生的狀況，我們需要發明新的物理方法。」

幸運的是，對於黑洞演化最終狀態的物理學描述可能相對更簡單一些。科學家們注意到，廣義相對論的一個解可以得出一種狀態，稱為「克爾時空」(Kerr spacetime)。學術界現在相信，克爾時空便是黑洞演化到終點時呈現的狀態。

「一般而言，相對論方程及其複雜，因此對於一個相對論系統，你應用這些方程的唯一方法便是藉助計算機，」瓦倫丁·克農告訴記者說。「正因為如此，像克爾 解這樣的情況實在是一種例外。克爾解是廣義相對論少數幾個清晰明確的解之一，擁有直接的物理學意義。」

克爾時空是「時間獨立」(time-independent)的，這意味著克爾時空中的任何東西都不會隨時間發生改變。這也就意味著，時間停滯了。處在這種狀態的黑洞事實上處於靜止狀態。

「有人可能會說，黑洞一旦演化到這一階段，就不會再發生任何改變。」瓦倫丁·克農說。

在他們的最新研究中，瓦倫丁·克農和他在瑪麗皇后學院的同事，托馬斯·貝克達爾(Thomas Backdahl)已經找到一個方程，可以描述一個黑洞距離達到克爾時空狀態還有多遠。

這一過程可以很快發生，甚至在數秒內完成，一切完全取決於其質量。

為了應用這一方程，科學家們首先必須考察黑洞周圍的一個區域，成稱為「視界」。視界一般被定義為黑洞的邊界，任何物質，甚至光線，一旦進入視界範圍，將無法逃逸。

研究人員認為這項研究將有助於對黑洞的計算機模擬，並使其更逼近真實的觀測數據。

天文學家們認為大多數星系，包括我們所在的銀河系的核心存在超大質量黑洞。一些研究者認為這些黑洞正是克爾黑洞。

據英國《每日郵報》報道，乍一看，這樣的圖像與人類的大腦極其相似。但事實上，這是宇宙中一顆最早期恆星死亡時候的場景。研究 人員表示這些早期恆星的死亡是獨特的，它們會以超新星的形式發生爆發，並完全焚毀，不會留下黑洞，而是將大量的化學物質撒播到宇宙空間之中。某些原始恆星 的質量達到太陽質量的5.5萬至5.6萬倍，這樣的龐然大物，其死亡方式將是不同尋常的。

美國加州大學聖克魯茲分校以及明尼蘇達大學的天體物理學家們在美 國聯邦能源部下屬國家能源研究科學計算中心(NERSC)以及明尼蘇達大學超級計算研究所的超級計算機上進行了數輪運算之後提出了這一理論。這項研究工作 嚴重依賴於CASTRO程序包，這是美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室計算研究所(CRD)開發的一款天體物理學程序包。有關這項研究的最新進展已經刊載 於近期出版的《天體物理學學報》上。

第一代恆星尤其讓科學家們感興趣，因為它們產生了最早的重元素，這裡所說的重元素是指所有那些原子量大於氫和氦的元素。當死亡來臨，它們便將自己產生的 所有重元素灑向周圍的太空，從而為後續的世代的恆星，乃至星系的誕生奠定基礎。通過對這些最早期恆星死亡模式的進一步了解，科學家們希望更好的搞清楚我們 今天所處的這個宇宙是如何成型的。

程克鈞(音譯：Ke-Jung Chen)是加州大學聖克魯茲分校的博士後，也是這項研究的第一作者。他表示：「我們發現存在一個狹窄的窗口，在此範圍內恆星可以完全被炸毀而不會留下黑 洞，在此之前還從未有人提出過這樣的機制。但如果沒有NERSC提供的資源，我們可能還將需要長得多的時間才能得到這一結果。」他說：「從用戶的角度來 看，這一設施的運行非常高效，是做科學非常方便的地方。

為了模擬原始恆星的生命周期，研究組運用了一種一維恆星演化程序代碼，名為「KEPLER」。這一程序設計中考慮了一些恆星演化的關鍵過程，如核燃燒以 及恆星對流等機制。另外還加入了針對大質量恆星的一些特點，如元素的光致裂變，電子-正電子產生以及特殊相對論效應。研究組同時還考慮了廣義相對論效應， 這對於具有1000倍以上太陽質量的超級恆星而言是必須要考慮的重要因素。

這樣做的結果是他們發現那些質量介於5.5萬~5.6萬個太陽質量的超級恆星壽 命約為169萬年，此後便會開始在廣義相對論效應作用下變得不穩定並開始塌縮過程。隨著恆星塌縮，其內部開始快速合成重元素，如氧，氖，鎂以及硅等等。這 一過程會釋放大量能量，這股強大的能量壓過了讓恆星保持整體存在的引力作用，終於造成恆星塌縮中斷並發生劇烈爆發——超新星爆發出現了。

請您繼續閱讀更多來自 科技訊 的精彩文章:

※科學家解讀超大質量黑洞對恆星磁場的影響
※科學家首次發現超大質量黑洞噴流中恆星形成證據
※天文學家追蹤「叛變的」特大質量黑洞
※超大質量黑洞如何形成 揭秘黑洞形成全過程
※超大質量黑洞如何形成？揭秘黑洞形成全過程！
※科學家發現五對超大質量雙黑洞
※科學家發現兩個超大質量黑洞，運行軌跡彼此環繞
※帶著恆星逃離星系的超大質量黑洞
※超大質量黑洞颳起神秘怪風，溫度驟變科學家第一次見
※天文學家：超大質量星系或形成於寒冷分子氣體而非暴力合并
※天文學家發現猶如噴泉的新型熱星系，超大質量黑洞潛伏其中
※超大質量黑洞竟是殺死星系的罪魁禍首？
※宇宙中最神秘的引力源！連超大質量黑洞也被秒成渣
※大質量恆星直接坍縮形成黑洞
※超大質量黑洞可能潛伏在宇宙四處
※最新消息：科學家發現超大質量黑洞竟然不在星系中央！
※交友 科學家發現罕見大質量系外行星，其恆星也很奇怪
※天文學家帶你解開大質量黑洞「吸物」之謎
※蟲洞形成秘密 超大質量黑洞中添加少量暗物質