宇宙中有黑洞吗?如果是的话,证据是什么?科学家们这样解释

汽车资讯网 2020-01-07

黑洞被定义为一个数学上定义的时空区域,表现出如此强大的引力,以至于任何粒子甚至电磁辐射都无法从中逃逸。广义相对论预言,一个非常紧凑的质量可以使时空变形,形成一个黑洞,黑洞是普通引力变得如此极端以至于比宇宙中所有其他力都强的地方。

在广义相对论所描述的黑洞中心,时空曲率是无限的,这被称为“引力奇点”。任何东西都无法逃脱黑洞的引力,甚至连光都不行。因此我们看不到黑洞。

宇宙中有黑洞吗?如果是的话,证据是什么?科学家们这样解释

黑洞是在非常大的恒星生命周期结束时坍塌而形成的。当一颗恒星耗尽了大部分燃料,剩下的燃料太少,无法通过恒星核合成来维持其温度时,它就会崩溃,其内部压力不足以抵抗自身的重力。这被称为“重力崩溃”。

在狭义相对论中,如果坍缩恒星的残余物是太阳质量的1.4倍以上,那么这个物体就会变得不稳定,并可能爆炸成超新星释放引力势能。这就是以著名的天体物理学家命名的钱德拉塞卡极限。如果引力势能的释放不充分,恒星就不会爆炸,而是以很少或没有辐射能的方式坍塌成黑洞或中子星。

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黑洞的边界,任何东西都无法逃离重力,这就是所谓的“事件视界”。围绕黑洞的视界的半径被称为史瓦西半径。

换句话说,史瓦西半径是一个球体的半径,如果一个物体的整个质量在这个球体内被压缩,那么从球体表面逃逸的速度将超过光速。弯曲时空中的量子场论预测,事件层发射的辐射光谱与黑体相同,温度与黑体质量成反比。据估计,黑洞的温度约为十亿分之一度,因此根本不可能以任何其他方式观测到它。

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一旦恒星残骸在这个半径内坍塌,光线就无法逃逸,物体也就看不见了。它是一个与每一个质量有关的特征半径。史瓦西半径是以德国天文学家卡尔·史瓦西的名字命名的。物体的史瓦西半径与质量成正比。因此,太阳的施瓦茨柴尔德半径约为3.0公里,而地球的半径仅为9.0毫米,大小相当于一个小大理石。可观测宇宙的质量有一个施瓦茨柴尔德半径约100亿光年。根据最近的一项估计,银河系中心的超大质量黑洞的史瓦西半径约为1330万公里,然而,尽管我们不能直接看到或观察黑洞,但黑洞的存在可以通过它与附近其他物体的相互作用来推断。

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物质被黑洞形成了一种被称为“吸积盘”的物质,由于摩擦而被加热,从而形成了宇宙中一些最亮的物体。如果有其他恒星围绕着黑洞运行,它们的轨道可以用来确定黑洞的质量和位置。通过这种方式,天文学家已经确定了许多恒星黑洞。现在已经证实,在人马座(距离银河系核心约26000光年)的一个叫做sgr a*的放射源含有一个约430万太阳质量的超大质量黑洞。

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在银河系的中心有另一个黑洞,与我们已经知道多年的超大质量黑洞完全分离。这个被称为IRS13E的新物体,大约只有1400个太阳质量,几乎每个星系的中心都有巨大的黑洞,其质量是太阳的数百万倍。2004年11月,天文学家利用美国新墨西哥州国家射电天文台的超大阵列,发现了一个不到10亿年的遥远星系,但似乎包含了一个超大质量黑洞。他们估计它的质量是太阳的十亿分之一。它被恒星中数万亿个太阳质量所包围。这是证明在早期宇宙中,黑洞首先形成,然后是星系。

黑洞仍然是科学界最大的谜团。从他们的发现和围绕他们的无数假设开始,我们还没有完全理解他们的本质,小伙伴们您对此有什么看法?欢迎下方留言我们一起讨论,我们下期再会!