被黑洞撕裂的恒星

       黑洞是現(xiàn)代廣義相對論中的一種天體。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)報道，天文學(xué)家米斯蒂·本茨指出，黑洞“不是一個在宇宙中移動并將一切吸進(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)，或者每兩天出現(xiàn)一次太陽質(zhì)量極快增長的黑洞，或者最古老的黑洞早在宇宙誕生時就形成了。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，就會形成黑洞。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，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，那么它在死后就會坍塌成黑洞。因為這些黑洞的質(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“大型回收項目”。當(dāng)一組新恒星形成時，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，因為最大質(zhì)量的恒星壽命不長，”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，因為它們消耗的燃料太多。

       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，因為我們不知道在這么小的空間里怎么會有這么高的質(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，否則它們不會在短時間內(nèi)成長為早期宇宙中的“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。它們剛形成時體積很大，否則不會長得這么快。所以它們最初形成時是中等大小的黑洞。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)同時崩塌時，通常會形成恒星，因此早期宇宙的化學(xué)成分可能具有一些獨特的特征，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，因為它們是大爆炸產(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)時沒有恒星形成，就不會有其他元素。早期宇宙的這種化學(xué)成分，加上氣體的運動（或缺乏運動），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，都會增加黑洞的質(zhì)量。吞咽食物的這個小過程是黑洞生長的方式之一。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，就像水順著水槽旋轉(zhuǎn)，”Berova指出。氣體被黑洞的引力吸引，但氣體本身也會移動，因此它在黑洞周圍形成一個薄圓盤，最終被吞沒到黑洞中。

       黑洞的大小不會保持不變。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。

       氣體吸收確實非常有效，但合并也是黑洞快速增長的方式之一。當(dāng)黑洞碰撞時，兩個看不見的巨大物體合并成一個。科學(xué)家可以使用ligo望遠(yuǎn)鏡觀測黑洞合并。2015年，ligo首次探測到兩個黑洞合并產(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，我們對宇宙一無所知。光對我們來說很重要，但現(xiàn)在我們也可以觀測到光無法觀測到的宇宙事件，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“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，不像恒星質(zhì)量的黑洞，它們可以借助撕裂的恒星觀測到，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比任何天體都要亮。我們在宇宙中見過的尸體。

       “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‘這一定是一個中等質(zhì)量的黑洞’，”本茨說。

死亡

       無論體積大小，黑洞都會經(jīng)歷一個特定的生命階段，即誕生和成長。但是黑洞會死嗎？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形成的，宇宙經(jīng)過的時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存在，當(dāng)它們剛出生的時候，它們無處不在。但它們在形成后立即碰撞和湮滅，并返回到能量的形式。

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

       如果這個過程繼續(xù)下去，黑洞不吸收更多的質(zhì)量，整個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，都需要很長的時間才能使黑洞損失一點。

       這個過程的長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到。科學(xué)家利用實驗室黑洞模擬器進(jìn)行的實驗表明，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

       事實上，我們對黑洞的了解是有限的。幸運的是，像Benz和Belovari這樣的研究人員正試圖填補我們對黑洞理解上的空白。

       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）項目的設(shè)計。該項目計劃在2030年后啟動，屆時將發(fā)射3個探測器，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。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：“黑洞是一個極端的物體，但并不可怕。”一些人擔(dān)心黑洞會碰撞星系，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，你必須非常靠近。但如果我們離太陽很近，那也同樣悲慘。

       “我對這個項目非常興奮，因為它將幫助我們理解光不能觀測到的東西，黑洞的成長過程，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)，對地球沒有威脅。除非你離黑洞太近，否則它會變得危險，但恐懼會來得太晚。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，穿過黑洞可能會導(dǎo)致另一個空間，甚至空間和時間。宇宙中有數(shù)百萬個黑洞，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，還需要時間，這也意味著要對人類最終命運的思考給出一個明確的答案。