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01银河系中心黑洞:33
黑洞[hēi dòng]
时空曲率大到光逃不掉。天体
这个词条是多义词,共27个义项
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审阅专家 王俊杰
黑洞在宇宙中存在于现代广义相对论中空间中的一种天体。黑洞的重力非常强大,使得视野中的逃生速度大于光速。因此,“黑洞是一个天体,时间和空间的曲率如此之大,以至于光无法从事件的视野中逃脱”。[1][2][3]
1916年,德国天文学家卡尔·史瓦西通过计算得到了爱因斯坦场方程的真空解,这表明如果静态球对称星体实际半径小于一个定值,它周围会有一个奇怪的现象,即有一个界面——“视觉”,一旦进入界面,即使光线也无法逃脱。这个定值被称为史瓦西半径,这种“不可思议”美国物理学家约翰·阿的议议天体奇博尔德·惠勒被命名为“黑洞”。
黑洞不能直接观察,但它们的存在和质量可以通过间接的方式得知,它们对其他事物的影响也可以观察到。通过吸入物体之前的黑洞引力加速度引起的摩擦释放x射线和γ射线的“边缘信息”可以获得黑洞存在的信息。推测黑洞的存在也可以间接观测恒星星或星际云气团绕行轨道,也可以获得位置和质量。
2019年4月19日,北京时间0日21时,人类第一张黑洞照片出现了,[4][5]黑洞位于室女座巨椭圆星系M87的中心,距离地面球5500万光年,质量是太阳的65亿倍左右。它的核心区域有一个阴影,周围是一个新月状光环。广义相对论的爱因斯坦证明仍在极端条件下成立。[6]
中文名
黑洞
外文名
Black Hole
学科
广义相对论,天体黑洞热力学,物理学
分类
史瓦西黑洞,RN黑洞,克尔黑洞,KN黑洞
边界,无限红移面,动力学视野
快速
导航
表探索历史专家研究的形式分类特征究世界纪录
演化过程
两一个相互吞噬的黑洞
由中心的黎曼曲率张量构建的标量多项式黑洞趋向这里发散的奇点和周围的时空构成,其边界是单向膜,只能进出:事件视野,事件视野范围内看不见。根据爱因斯坦的广义相对论,当一个垂死的星星崩溃了,它将在这里,它将成为一个黑洞,吞噬邻近宇宙区域的所有光线和任何物质。
黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程:某颗恒星准备灭亡,核心在自身重力的作用下迅速收缩、坍塌、头发强力爆炸。当核心中的一切都发生时。当质量变成中子时,收缩过程立即停止,压缩成致密的星体,同时它还压缩了内部空间和时间但在黑洞中,由于恒星的核心质量如此之大,收缩过程无休止地进行,甚至中子之间的排斥也无法阻止。中子本被挤压引力本身所吸引碾成粉末,剩下的就是一个密度高到难以想象的物质。因为高质量的引力使任何靠近它的物体都被吸入。[7]
也可以简单地理解为:通常恒星最初只含有氢元素,恒星内部的氢原子核始终相互碰撞和聚变。为了保持恒星结构的稳定性,聚变产生的能量与恒星万有引力竞争。由于氢原子核的聚变产生了新的氦元素,氦原子也参与了聚变,改变了结构,产生了锂元素。等等,按照元素周期表的顺序,会依次产生铍、硼、碳、氮等。,直到铁产生,恒星才会倒塌。这是因为铁元素相当稳定,参与聚变时释放的能量小于所需能量,所以聚变停止了,铁元素存在于恒星内部,导致恒星没有足够的能量与巨大的重力竞争,导致恒星倒塌,最终形成黑洞。说它“黑”是因为它产生的引力使它周围的光无法逃脱。和中子星一样,黑洞也是由质量比太阳高几十甚至几百倍的恒星演变而来的。
当一颗恒星衰老时,它的热核反应已经耗尽了中心的燃料,中心产生的能量也很少。这样,它就没有足够的力量来承受外壳的巨大重量。因此,在外壳的沉重压力下,核心开始坍塌,物质将不可阻挡地进入中心点,直到最终形成一颗体积接近无限小、密度几乎无限大的恒星。一旦其半径收缩到一定程度(必须小于史瓦西半径),即使光线不能向外射出,质量造成的时空扭曲也会产生“黑洞”。
吸积
黑洞通常被发现是因为它们聚集周围的气体产生辐射,这被称为吸积。高温气体辐射热能的效率会严重影响吸积流的几何和动力学特性。辐射效率较高的薄盘和辐射效率较低的厚盘已被观察到。当吸收气体接近中央黑洞时,它们产生的辐射对黑洞的旋转是中央延伸物质系统的流动。吸积是天体物理中最常见的过程之一,正是因为吸积,我们周围的许多常见结构才形成。在宇宙早期,当气体流向暗物质引起的引力陷阱中心时,星系就形成了。恒星是由气体云在自身重力作用下坍缩破裂,然后通过吸收周围气体而形成的。行星(包括地球)也是通过气体和岩石的聚集在新形成的恒星周围形成的。当中央天体是黑洞时,吸积会显示出它最壮观的一面。除吸积物质外,黑洞还通过霍金蒸发向外辐射颗粒。
如果你被黑洞吸入,会发生什么?
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黑洞拉伸,撕裂吞噬恒星
蒸发
由于黑洞的密度非常高,我们可以根据公式知道密度=质量/体积。为了使黑洞的密度无限大,黑洞的质量保持不变,这意味着黑洞的体积应该无限小,以便成为黑洞。黑洞是由一些恒星“灭亡”后形成的死星,质量大,体积小。然而,黑洞也灭亡了。根据霍金的理论,量子物理中有一种叫做“隧道效应”的现象,即虽然粒子的场强分布尽可能强,但即使在能量相当高的地方,场强仍然会分布。对于黑洞的边界来说,这是一个能量相当高的势垒,但粒子仍然有可能出去。
霍金还证明,每个黑洞都有一定的温度,温度与黑洞的质量成反比。也就是说,大黑洞温度低,蒸发弱;小黑洞温度高,蒸发强,类似于剧烈爆发。相当于太阳质量的黑洞,大约需要1×10^66年才能蒸发;相当于小行星质量的黑洞将在1×10-21秒内蒸发。[1]
天文学家第一次观察到一个黑洞“打了两次嗝”
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人掉进黑洞会怎么样?
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毁灭
黑洞会发出耀眼的光,缩小体积,甚至爆炸,喷射物体,发出耀眼的光。当英国物理学家斯蒂芬·威廉·霍金在1974年做出预测时,整个科学界都震惊了。
霍金的理论是灵感主导思维的飞跃。结合广义相对论和量子理论,他发现黑洞周围的重力场释放能量,消耗黑洞的能量和质量。
黑洞吞噬了恒星
假设一对粒子会在任何时间、任何地点创造,创造的粒子是正粒子和反粒子,如果创造过程发生在黑洞附近,就会发生两种情况:两粒湮灭,一粒被吸入黑洞。“一个粒子被吸入黑洞”的情况:黑洞附近创造的一对粒子中的一对会被吸入黑洞,而正粒子会逃跑。因为能量不能凭空创造,我们设置反粒子携带负能量,正粒子携带正能量,反粒子的所有运动过程都可以看作是正粒子的相反运动过程。比如反粒子被吸入黑洞,可以看作是正粒子从黑洞中逃脱。在这种情况下,一个带有来自黑洞的正能量的粒子逃跑了,即黑洞的总能量较少,而爱因斯坦的质量方程E=mc2表明,能量损失会导致质量损失。
当黑洞的质量越来越小时,它的温度就会越来越高。这样,当黑洞失去质量时,它的温度和发射率就会增加,所以它的质量损失就会更快。这种“霍金辐射”可以忽略大多数黑洞,因为大黑洞辐射缓慢,而小黑洞以极高的速度辐射能量,直到黑洞爆炸。
表现形式
据英国媒体报道,一项新理论指出,黑洞的死亡方式可能是通过将其转化为白洞来进行的。理论上,白洞恰好是黑洞行为的反面——黑洞不断吞噬物质,而白洞不断向外喷射物质。 这一发现最早是英国某杂志网站报道的,其理论基础是模糊的量子引力理论。[8]
重力强的黑洞。
恒星的时空扭曲改变了光线的路径,使其与原来没有恒星的路径不同。光线在恒星表面附近稍微向内偏转,这种偏转现象可以通过观察远处恒星在日食时发出的光线来看到。当恒星向内坍塌时,由其质量引起的时空扭曲变得非常强烈,光线向内倾斜变得更强,使光子更难逃离恒星。对于远处的观察者来说,光线变得更暗更红。最后,当恒星收缩到一定的临界半径(史瓦西半径)时,其质量导致时间和空间的扭曲变得如此强烈,光线向内弯曲得如此强烈,以至于光线无法逃脱 。这样,如果光不能逃跑,其他东西就更不可能逃跑,就会被拉回来。也就是说,有一个事件的集合或时空区域,光或任何东西都不能从该区域逃到远处的观察者,称为黑洞。它的边界被称为事件的视觉,它与不能逃离黑洞的光的轨迹重叠。


