被黑洞撕裂的恒星

       黑洞是現(xiàn)代廣義相對(duì)論中的一種天體。黑洞的引力是如此之大，以至于地平線上的逃逸速度比光速還快。

       據(jù)報(bào)道，天文學(xué)家米斯蒂·本茨指出，黑洞“不是一個(gè)在宇宙中移動(dòng)并將一切吸進(jìn)其胃里的真空吸塵器。它們利用重力的方式與其他天體并無不同。”

       與許多人對(duì)吸管的想象不同，黑洞由于其巨大的體積和高密度而具有很強(qiáng)的引力，以至于任何物質(zhì)都無法逃離黑洞。

       近年來，黑洞屢屢見諸報(bào)端。例如，在銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞周圍發(fā)現(xiàn)的星團(tuán)，或者每?jī)商斐霈F(xiàn)一次太陽質(zhì)量極快增長(zhǎng)的黑洞，或者最古老的黑洞早在宇宙誕生時(shí)就形成了。從出生到死亡，黑洞一直是宇宙中神奇的存在。

生下來

       恒星死亡和黑洞誕生是宇宙中常見的聯(lián)系。恒星與黑洞密切相關(guān)，特別是在恒星經(jīng)常被替換的區(qū)域。

       黑洞是從恒星的死亡中誕生的。當(dāng)一顆質(zhì)量至少是太陽10倍的恒星耗盡燃料，即所有的氫都熔化成氦，所有的氦都熔化成碳、氧等其他元素時(shí)，就會(huì)形成黑洞。由于只剩下金屬核，這些恒星無法繼續(xù)融合，它們的生命就此結(jié)束，最終以劇烈的爆炸而告終。當(dāng)爆炸發(fā)生時(shí)，外層物質(zhì)被拋出，核心向內(nèi)塌陷。

       “舉例來說，如果恒星的質(zhì)量足夠大，其核心的質(zhì)量是太陽質(zhì)量的三倍以上，那么它在死后就會(huì)坍塌成黑洞。因?yàn)檫@些黑洞的質(zhì)量接近恒星的質(zhì)量，我們稱之為恒星質(zhì)量黑洞。喬治亞州立大學(xué)的天文學(xué)家米斯蒂·本茲指出。

       黑洞的誕生也能促進(jìn)新恒星的形成。奔馳稱之為“大型回收項(xiàng)目”。當(dāng)一組新恒星形成時(shí)，其中最大質(zhì)量的恒星將很快死亡，以爆炸的形式留下短暫的生命。”爆炸產(chǎn)生的沖擊波壓縮了更多的氣體和塵埃，從而促進(jìn)了更多的恒星形成。然后，這些最大質(zhì)量的恒星將迅速爆炸，產(chǎn)生新的沖擊波并形成新的恒星。新恒星的誕生與老恒星死亡的連鎖反應(yīng)密切相關(guān)。

       “在死星附近很容易找到新興恒星，因?yàn)樽畲筚|(zhì)量的恒星壽命不長(zhǎng)，”本茨解釋說。恒星的壽命取決于它們的質(zhì)量。最大質(zhì)量的恒星比其他恒星壽命短得多，因?yàn)樗鼈兿�耗的燃料太多�?/p>

       但恒星質(zhì)量的黑洞并不算什么，而超大質(zhì)量黑洞的起源更是離奇得多。這樣的黑洞在星系中心很常見，銀河系也不例外，其形成過程與其他較小的黑洞略有不同。

       據(jù)天文學(xué)家所知，超大質(zhì)量黑洞形成于大約130億年前，可以迅速成長(zhǎng)為巨大的黑洞。”我們發(fā)現(xiàn)了質(zhì)量是太陽數(shù)十億倍的黑洞。奇怪的是他們很早就出生了，因?yàn)槲覀儾恢�道在這么小的空間里怎么會(huì)有這么高的質(zhì)量。

       “超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量可能是太陽質(zhì)量的數(shù)百萬甚至數(shù)十億倍。但它們并不是天生就這么大。問題是，它們是怎么形成的？它怎么長(zhǎng)得這么大？紐約皇后社區(qū)學(xué)院的理論天體物理學(xué)家吉利安·貝洛娃指出。

       “這有點(diǎn)像先吃雞肉還是先吃雞蛋的問題，”本茲指出。在宇宙早期，一些高密度區(qū)域可能會(huì)直接坍塌形成黑洞。也許這些物質(zhì)最初在重力作用下崩塌，然后繼續(xù)崩塌，直到形成黑洞，在此過程中沒有形成恒星或其他天體。

       Berovan指出，這些早期超大質(zhì)量黑洞的前身最初可能體積不大，但它們必須比恒星黑洞大，否則它們不會(huì)在短時(shí)間內(nèi)成長(zhǎng)為早期宇宙中的“巨獸”。

       另一種解釋是超大質(zhì)量黑洞起源于早期星系。最初形成的黑洞較小，然后合并成星系中心較大的黑洞。

       “這些超大質(zhì)量黑洞正在起跑線上獲勝。它們剛形成時(shí)體積很大，否則不會(huì)長(zhǎng)得這么快。所以它們最初形成時(shí)是中等大小的黑洞。伯羅沃解釋說。

       科學(xué)家們?nèi)栽谠噲D弄清楚這些黑洞是如何在早期宇宙的熱氣和塵埃的幫助下形成的。當(dāng)這些物質(zhì)同時(shí)崩塌時(shí)，通常會(huì)形成恒星，因此早期宇宙的化學(xué)成分可能具有一些獨(dú)特的特征，促進(jìn)了早期黑洞的形成。

       “早期宇宙中的氣體可能只由氫和氦組成，因?yàn)樗鼈兪谴蟊�炸產(chǎn)生的唯一兩種元素，而其他元素則形成于恒星內(nèi)部。如果當(dāng)時(shí)沒有恒星形成，就不會(huì)有其他元素。早期宇宙的這種化學(xué)成分，加上氣體的運(yùn)動(dòng)（或缺乏運(yùn)動(dòng)），可能觸發(fā)了早期宇宙中黑洞的誕生。

中等質(zhì)量黑洞藏在哪里？

       “不管掉進(jìn)黑洞的是氣體、恒星還是行星，都會(huì)增加黑洞的質(zhì)量。吞咽食物的這個(gè)小過程是黑洞生長(zhǎng)的方式之一。奔馳表示。

       “我們相信吸入氣體是培育黑洞最有效的方法。”“當(dāng)氣體落入黑洞時(shí)，就像水順著水槽旋轉(zhuǎn)，”Berova指出。氣體被黑洞的引力吸引，但氣體本身也會(huì)移動(dòng)，因此它在黑洞周圍形成一個(gè)薄圓盤，最終被吞沒到黑洞中。

       黑洞的大小不會(huì)保持不變。所有落入黑洞的東西都無法逃離黑洞，并被吸收為黑洞質(zhì)量的一部分，從而使它成長(zhǎng)。

       氣體吸收確實(shí)非常有效，但合并也是黑洞快速增長(zhǎng)的方式之一。當(dāng)黑洞碰撞時(shí)，兩個(gè)看不見的巨大物體合并成一個(gè)�？茖W(xué)家可以使用ligo望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)黑洞合并。2015年，ligo首次探測(cè)到兩個(gè)黑洞合并產(chǎn)生的引力波（不過直到2016年才發(fā)布這一消息）。

       “這是我們所知的第一個(gè)不涉及光的宇宙事件。在此之前，我們只能依靠光線和眼睛來觀察。沒有光，我們對(duì)宇宙一無所知。光對(duì)我們來說很重要，但現(xiàn)在我們也可以觀測(cè)到光無法觀測(cè)到的宇宙事件，比如黑洞合并。”如果沒有引力波，我們就不知道發(fā)生了什么。

       超大質(zhì)量黑洞的體積與恒星質(zhì)量黑洞的體積差別很大。它們之間應(yīng)該有質(zhì)量和體積的黑洞。唯一的問題是，研究人員還沒有觀察到這樣一個(gè)“中等黑洞”。

       但這并不意味著不存在中等質(zhì)量黑洞。許多研究人員仍在積極尋找這樣的黑洞。但它們很難用可見光探測(cè)，不像恒星質(zhì)量的黑洞，它們可以借助撕裂的恒星觀測(cè)到，也不像超大質(zhì)量的黑洞，它們吸收了太多的氣體、塵埃和物質(zhì)，以至于落入其中的粒子在碰撞時(shí)比任何天體都要亮。我們?cè)谟钪嬷幸娺^的尸體。

       “中等質(zhì)量的黑洞沒有足夠的引力和亮度。”本斯指出。而研究人員認(rèn)為，它們發(fā)出的光主要在X射線波段，宇宙中還有其他天體主要在這一波段，所以不夠特殊。

       “很難將它們與其他天體區(qū)分開來。”“它們可能在那里，但很難說‘這一定是一個(gè)中等質(zhì)量的黑洞’，”本茨說。

死亡

       無論體積大小，黑洞都會(huì)經(jīng)歷一個(gè)特定的生命階段，即誕生和成長(zhǎng)。但是黑洞會(huì)死嗎？霍金認(rèn)為黑洞有可能通過一種叫做霍金輻射的物理機(jī)制逐漸消亡。

       “即使黑洞是在宇宙開始時(shí)形成的，宇宙經(jīng)過的時(shí)間也不足以讓它死亡。最早的黑洞可能直到1054年才開始消失。奔馳指出。

       該理論認(rèn)為，如果黑洞不再吸收其他物質(zhì)，它最終可能被亞原子粒子摧毀。本茨解釋說，亞原子粒子在宇宙中以粒子和反粒子的形式成對(duì)存在，當(dāng)它們剛出生的時(shí)候，它們無處不在。但它們?cè)谛纬珊罅⒓磁鲎埠弯螠纾�并返回到能量的形式�?/p>

       簡(jiǎn)單地說，這意味著能量被轉(zhuǎn)化為質(zhì)量，質(zhì)量被轉(zhuǎn)化為能量，并且這個(gè)過程一直在來回進(jìn)行。如果這個(gè)過程發(fā)生在黑洞附近，粒子-反粒子對(duì)的一邊被吸進(jìn)黑洞，另一邊則留在黑洞外。時(shí)間邊界，就等于從黑洞中竊取了一點(diǎn)能量。當(dāng)一半的粒子遠(yuǎn)離黑洞時(shí)，它們帶走了黑洞的一部分能量。

       如果這個(gè)過程繼續(xù)下去，黑洞不吸收更多的質(zhì)量，整個(gè)黑洞最終將被輻射出去。但無論是星質(zhì)量黑洞、超大質(zhì)量黑洞還是中等質(zhì)量黑洞，都需要很長(zhǎng)的時(shí)間才能使黑洞損失一點(diǎn)。

       這個(gè)過程的長(zhǎng)度和黑洞與亞原子粒子之間的巨大體積差意味著黑洞發(fā)射的霍金輻射不能直接觀測(cè)到�？茖W(xué)家利用實(shí)驗(yàn)室黑洞模擬器進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明，霍金的理論可能是正確的，但我們?nèi)匀徊恢�道黑洞的結(jié)果。

未解之謎

       事實(shí)上，我們對(duì)黑洞的了解是有限的。幸運(yùn)的是，像Benz和Belovari這樣的研究人員正試圖填補(bǔ)我們對(duì)黑洞理解上的空白。

       本茲正在研究遙遠(yuǎn)星系中心的超大質(zhì)量黑洞所能達(dá)到的體積上限。她還研究了黑洞體積與其星系性質(zhì)之間的關(guān)系。她希望自己的觀察能被用來建立計(jì)算機(jī)模型，幫助人們分析黑洞的演化過程，并回答與宇宙形成有關(guān)的問題。

       beroval正在參與lisa（激光干涉空間天線）項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。該項(xiàng)目計(jì)劃在2030年后啟動(dòng)，屆時(shí)將發(fā)射3個(gè)探測(cè)器，分布在距地球250萬公里的地方，形成類似ligo的天基引力波探測(cè)裝置，只關(guān)注超大質(zhì)量黑洞的合并，而不是恒星質(zhì)量的黑洞。洞。

       黑洞是巨大而神秘的。但研究人員可以肯定的是，“它們并不危險(xiǎn)。黑洞離我們很遠(yuǎn)，所以不必?fù)?dān)心它們。“還有很多事情要擔(dān)心，”貝羅瓦里指出。

       本茲同意她的觀點(diǎn)：“黑洞是一個(gè)極端的物體，但并不可怕。”一些人擔(dān)心黑洞會(huì)碰撞星系，吞噬盡可能多的附近行星。本茨說，如果太陽被質(zhì)量相同的黑洞所取代，地球的軌道將不會(huì)受到任何影響。”除了太陽的光和熱外，地球仍將在原來的軌道上。要被黑洞吞噬，你必須非�？拷�。但如果我們離太陽很近，那也同樣悲慘。

       “我對(duì)這個(gè)項(xiàng)目非常興奮，因?yàn)樗鼘�幫助我們理解光不能觀測(cè)到的東西，黑洞的成長(zhǎng)過程，合并頻率，質(zhì)量來源（合并或吸收氣體），它們的形成方式，數(shù)量的分布，以及它們是否存在于我們看不到。在黑洞和其他信息中。如果只用光來觀察這些問題，這些問題將永遠(yuǎn)無法得到回答。

       “黑洞離地球很遠(yuǎn)，對(duì)地球沒有威脅。除非你離黑洞太近，否則它會(huì)變得危險(xiǎn)，但恐懼會(huì)來得太晚。貝羅瓦說

       作為宇宙中最神秘的物體，黑洞可以吞噬宇宙附近所有的光和任何物質(zhì)。一些科學(xué)家推測(cè)，穿過黑洞可能會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)空間，甚至空間和時(shí)間。宇宙中有數(shù)百萬個(gè)黑洞，它們的存在總是需要發(fā)揮作用。如果要徹底解開黑洞之謎，還需要時(shí)間，這也意味著要對(duì)人類最終命運(yùn)的思考給出一個(gè)明確的答案。