神秘的「黑洞」,你真正了解嗎?
「黑洞」很容易讓人望文生義地想像成一個「大黑窟窿」,其實不然。所謂「黑洞」,就是這樣一種天體:它的引力場是如此之強,就連光也不能逃脫出來。
黑洞
黑洞是一個空間——時間區域,它的最外圍是光所能從黑洞向外到達的最遠距離,這個邊界稱為「事件視界」。它如同一個單向的膜,只允許物質穿過視界並落到黑洞里去,但沒有任何物質能夠從裡面出來。
「黑洞」很容易讓人望文生義地想像成一個「大黑窟窿」,其實不然。所謂「黑洞」,就是這樣一種天體:它的引力場是如此之強,就連光也不能逃脫出來。
根據廣義相對論,引力場將使時空彎曲。當恆星的體積很大時,它的引力場對時空幾乎沒什麼影響,從恆星表面上某一點發的光可以朝任何方向沿直線射出。而恆星的半徑越小,它對周圍的時空彎曲作用就越大,朝某些角度發出的光就將沿彎曲空間返回恆星表面。
等恆星的半徑小到一特定值(天文學上叫「史瓦西半徑」)時,就連垂直表面發射的光都被捕獲了。到這時,恆星就變成了黑洞。說它「黑」,是指它就像宇宙中的無底洞,任何物質一旦掉進去,「似乎」就再不能逃出。實際上黑洞真正是「隱形」的。
黑洞的誕生
跟白矮星和中子星一樣,黑洞很可能也是由恆星演化而來的。
當一顆恆星衰老時,它的熱核反應已經耗盡了中心的燃料(氫),由中心產生的能量已經不多了。這樣,它再也沒有足夠的力量來承擔起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下,核心開始坍縮,直到最後形成體積小、密度大的星體,重新有能力與壓力平衡。
白矮星-結構圖
質量小一些的恆星主要演化成白矮星,質量比較大的恆星則有可能形成中子星。而根據科學家的計算,中子星(參考天文小詞典)的總質量不能大於三倍太陽的質量。如果超過了這個值,那麼將再沒有什麼力能與自身重力相抗衡了,從而引發另一次大坍縮。這次(根據科學家的猜想)物質將不可阻擋地向著中心點進軍,直至成為一個體積趨於零、密度趨向無限大的「點」。而當它的半徑一旦收縮到一定程度(史瓦西半徑),正象我們上面介紹的那樣,巨大的引力就使得即使光也無法向外射出,從而切斷了恆星與外界的一切聯繫——「黑洞」誕生了。
黑洞的面紗
「黑洞」無疑是本世紀最具有挑戰性、也最讓人激動的天文學說之一。許多科學家正在為揭開它的神秘面紗而辛勤工作著,新的理論也不斷地提出。不過,這些當代天體物理學的最新成果不是在這裡三言兩語能說清楚的。有興趣的朋友可以去參考專門的論著。(參考:本文行家:張順紅)
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