据国外媒体报道,黑洞是宇宙中最迷人的存在之一黑洞怎么形成。它们隐形于星系深处,像一个伏击者,能将经过的恒星等天体撕碎,使其残骸四处散落。无论黑洞的本质是什么,这些奇特的宇宙物体将继续吸引着科学家和非专业人士的关注。
但是黑洞怎么形成,黑洞是从哪里来的?它们如何形成,以及是什么赋予它们如此具有破坏性的能量?在回答这些问题之前,我们必须先回答一个更为基本的问题:什么是黑洞?普林斯顿大学的天体物理学家内塔·巴斯考尔(Neta Bahcall)说:“基本上,这是宇宙中的一个物体或一个点,其引力如此强大,以至于没有任何东西能够摆脱。”甚至光都会被黑洞吸收,这也是黑洞无法被看到的原因。
这些奇特天体的出现过程黑洞怎么形成,就像是凤凰从死亡恒星的灰烬中涅槃重生一样。当巨大的恒星走向生命终点时,其内部用于核聚变形成氦的氢元素几乎耗尽。于是,这些恒星开始燃烧氦,使剩余的原子聚变形成更重的元素,直至铁元素的形成,此时核聚变已经不足以提供足够支撑恒星最外层的能量。恒星最外层开始向内塌陷,然后发生极为明亮的超新星爆发。
不过,此时恒星依然有一小部分残留着。阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论预言,如果这些残留具有大约三倍于太阳的质量,那残余恒星的强大引力将会超越其他一切,组成恒星的物质将塌缩称一个体积无穷小、密度无穷的点。实际上,已知的物理学定律还无法完全解释这些无穷性。“它们会在某个节点分裂瓦解,而我们并不知道真正发生了什么。”
如果这一恒星遗迹是孤立存在的,那黑洞通常会呆在原地,不会造成什么影响。但如果有气体和尘埃围绕,那这些物质就会像下水口的水流一样被黑洞吸入。在这一过程中,气体和尘埃的温度升高,产生明亮的光线,而黑洞也将它们的质量纳为己有,从而不断发展壮大。
如果两个黑洞相遇,它们各自强大的引力将互相吸引,使双方环绕旋转,并越来越接近。它们的总质量将震动周围时空的网织结构,产生引力波。2015年,天文学家通过激光干涉引力波天文台(LIGO)发现了这种引力波的存在。
巴斯考尔说:“那是我们第一次真正‘看到’黑洞并证实它们的存在。”她补充道,这些结果还进一步证实了爱因斯坦预言的方程。
此前科学家已经发现了黑洞存在的间接证据,指出银河系中心的恒星正围绕着一个巨大的隐形物体运转。这种超大质量黑洞——质量是太阳的数十亿倍——的形成是一个非常具有挑战性的问题。
研究者认为,这些超大质量黑洞最初要比现在小得多,它们在宇宙早期形成时可能只有中等规模。经历了宇宙尺度的时间,这些黑洞不断吸收气体和尘埃,与其他黑洞碰撞、融合,最终形成了巨无霸的规模。不过,巴斯考尔也表示,这一理论的许多细节依然十分模糊。
天文学家已经观察到被称为类星体的天体,它们是极度明亮的活动星系核,其能量可能来自吞噬物质的超大质量黑洞。类星体的年龄可以追溯到大爆炸之后的第一个10亿年。在宇宙刚刚形成的时候,为什么会在如此短时间内形成如此庞大的物体?科学家对此仍然非常困惑。“这无疑凸显并增加了这一问题的复杂性,”巴斯考尔说道。(任天)
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首张黑洞图片在今晚面世,那么你知道黑洞是怎样形成的吗?
黑洞本身拥有令人着迷之处。也许它们是潜伏在太空中看不见的野兽,有时会将路过的天体撕成两半,并分散其遗骸。无论如何,这些奇异的宇宙天体将会持续吸引着科学家以及天文爱好者的关注。
但是黑洞从何而来呢?它们是怎么形成的,并且谁赋予它们令人畏惧的破坏力?
在我们回答这个问题之前,我们必须问一个基础性的问题:什么是黑洞?新泽西普林斯顿大学的天体物理学家内塔·巴哈霍表示:“基本来说,它是一个天体或是空间中的一个点,其引力足够强大以至于没有物体可以逃脱”。即使是光波也被吸收,这就是黑洞是黑色的原因。
这些奇怪的物体就像从死亡恒星的灰烬中冒出来的一样。当巨大的恒星到达它们生命的尽头时,它们一直融合成氦的氢几乎耗尽。因此,这些怪兽恒星开始燃烧氦,将剩余的原子聚变成更重的元素,直到生成铁,根据澳大利亚天体物理学和超级计算中心的斯威本科技大学的数据, 铁的聚变不再提供足够的能量来支撑恒星的外层。这些顶层向内塌陷并发生称为超新星的强大而明亮的爆炸。
然而,一小部分的恒星仍然落后。根据NASA,阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论预测如果这个遗迹的质量大约为太阳质量的三倍,那么残星的强大引力将吞噬所有的一切,并且连同它本身的物质都将塌陷成无限小且密度无限大的点。已知的物理定律不能适用于这令人费解的极限情况。在某些时候,这种事情的确发生了,但我们仍不清楚发生了什么。
超大质量黑洞爆炸时的冲击波向外形成球形,正如艺术家麾下的黑洞。图片来自:NASA-加利福尼亚理工学院-喷气推进实验室
如果这个遗迹只是个星体,那么将不会受到黑洞的影响。但是如果天体周边围绕着有气体和尘埃,这些物质将会被黑洞吞噬,随着气体和尘埃的升温会产生明亮的光,并如水从排水管中流下时一样旋转。巴哈霍说,黑洞将会把这些质量吸收,并促进其不断生长。
如果两个黑洞相遇,每个黑洞依靠其强大的引力相互影响,并互相旋转着越来越近。它们碰撞时的质量将会引起近距空间和时间的结构震动,产生引力波。在2015年,天文学家使用激光干涉引力波观测台(LIGO)发现了这样的引力波。
这是我们第一次真正看到黑洞并证实它们的存在,这些结果也是对爱因斯坦预测方程的完美佐证。
科学家们曾经发现过黑洞存在的间接证据,目睹了银河系中心的天体围绕着一个巨大的看不见的物体运行。这样超大质量的黑洞——它的质量是我们太阳质量的几十亿倍——如何形成,是一个未知的事情。
研究人员认为这种超大质量的黑洞曾经要小很多,在我们宇宙的最初时期形成了中等大小的黑洞。在宇宙学的时间里,这些天体吞噬气体和尘埃,并彼此合并生长,最终形成巨大的鬼屋。但这个故事的很多细节我们仍不可知。
天文学家曾经观察到的类星体天体,它们比数千个星系合在一起的亮度还要明亮,被认为是由消耗物质的超大黑洞提供的能量。观测到的类星体可以追溯到在大爆炸后的十亿年里,当时我们的宇宙已经形成。科学家对如此巨大的天体如何能够快速形成而感到迷惑不解。
这确实显示了问题的复杂性,并且它将是一个非常活跃的研究主题。
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