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黑洞是不是黑色的?它会走向灭亡吗?这些常识你应该要知道

在北京时间2019年4月10日21时左右,人类成功拍摄到了黑洞的第一幅“照片”,这张照片在中国上海和台北、美国华盛顿、比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、日本东京、丹麦灵比六地同时发布。

2019年4月10日这一天注定会成为人类文明进程的一个重要日子,至少是探索宇宙空间奥秘里程碑式的时间点。

这是我们人类第一次真正意义上“看”到了“黑洞”,传说中的“黑洞”也终于揭开神秘面纱。

爱因斯坦在广义相对论中,预言提出了在浩瀚的宇宙空间内存在的一种密度极大、体积极小的天体,这种神秘天体的引力非常非常的大,大到什么程度呢?连光都无法逃脱,会被它吸走。

自从爱因斯坦提出在宇宙中存在着这样神秘的天体,它让所有科学家为之着迷和疯狂,谁都想证明“黑洞”存在,或者认为这只是一种假设。

谁给这种神秘天体命名为“黑洞”呢?

美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒把这种神秘的天体命名为“黑洞”。

“黑洞”是黑色的吗?

很多人以为“黑洞”这个名字当中有个“黑”字,认为它就是黑色。其实这种认识是非常错误,“黑洞”并不“黑”,只是它无法被直接观测到而已,但是我们可以借由间接方式得知其存在与质量,并且观测到它对其他事物的影响。

“黑洞”是怎么形成的?

人有生老病死,宇宙中万物同样也会衰老死亡,如我们熟悉的恒星。

假设在将来的某一天,某颗大于太阳质量好几十甚至几百倍以上的恒星在核聚变反应燃料耗尽时,内核会急剧塌缩,所有物质快速的向着一个点坍缩,最终坍缩成一颗黄豆大小的奇点,并形成一个强大的力场漩涡,扭曲周围时空,成为“黑洞”。

直白的讲:当一颗垂死恒星崩溃的时候,它将聚集成一点,这里将成为黑洞,它将吞噬邻近宇宙区域的所有光线和任何物质。

恒星为什么会衰老灭亡和塌缩呢?

当某一个恒星逐渐衰老,走向灭亡的时候,它的热核反应已经耗尽了核心的燃料,那么由核心产生的能量已经不多了。一旦恒星进入这样衰亡的状态,那么它就再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。

这就好比我们在水里,假设就只存在水的浮力和地球的重力这两种力,当浮力≥重力的时候,我们就可以漂浮在水面上,一旦水的浮力逐渐变小,甚至消失,那么重力就会把水里的万物拉入水底,不能逃脱。

因此,当恒星在外壳重压的作用之下,往内部拼命挤压收缩,那么核心在自身重力的作用下开始坍缩,物质将不可阻挡地向着中心点进军,直到最后形成体积接近无限小、密度几乎无限大的星体。

当这样的星体半径收缩到一定程度的时候,巨大的质量产生非常大的引力,导致时空扭曲,使得即使光也无法向外射出,经过的光或物体也会被“吸收”,这就是“黑洞”。

什么是视界呢?

一般情况下,我们把“黑洞”的边界称为视界。

我们知道,“黑洞”是一种高质量、密度非常大的天体,这样就导致它能产生非常大的引力,使得任何靠近它的物体都会被它吸进去,光也不例外,造成一个结果就是“黑洞”无法直接被观测到。

因此,我们把刚好能被观察到的那个时空界面称为视界。如发生在“黑洞”里的不会被黑洞外的人所观察到,因此我们可以称黑洞的界面为一个视界。

“黑洞”具有的超强引力使得光无法逃脱它的势力范围,该势力范围称作“黑洞”的半径或称作视界。

怎么证明“黑洞”的存在?

虽然爱因斯坦在广义相对论中预设提出“黑洞”这一神秘天地,但科学家们早期想证明它的存在,还存在一定困难,甚至引发一些科学家质疑其是否存在。

时间就是最好的答案,“黑洞”这一神秘天体在经过漫长的时间推测后,已经慢慢被人们所接受。

目前在学术界主要有以下三类方法证明其存在:

一是恒星、气体的运动透漏了黑洞的踪迹。

黑洞有强引力,对周围的恒星、气体会产生影响,于是我们可以通过观测这些变化和影响来确认黑洞的存在。

二是根据黑洞吸积物质,也就是吃东西时发出的光来判断黑洞的存在。

三是通过观测到黑洞成长的过程来“看”见“黑洞”的存在。

根绝新闻报道,到目前为止,科学家们在银河系发现和确认了20多个恒星级质量“黑洞”,但可能有上千万个恒星级“黑洞”候选体。

“黑洞”有大小之分吗?

“黑洞”最大的特点就是质量和密度非常大,因此天文学家们根据质量的大小,将宇宙中的“黑洞”分成三类:

1、恒星级质量“黑洞”(几十倍—上百倍太阳质量);

2、中等质量“黑洞”(几十倍—上百倍太阳质量<中等质量黑洞<几百万倍太阳质量);

3、超大质量“黑洞”(几百万倍太阳质量以上)。

根据相关理论的推算,在宇宙空间每个星系中心都有一个超大质量的“黑洞”,如我们居住的银河系中心就有一颗超大质量“黑洞”,它的质量大约是太阳质量的400多万倍。同时,天文学家们预测银河系中应该存在着上千万个恒星量级的黑洞。

“黑洞”会灭亡吗?

在普通大众的认知里,既然“黑洞”是宇宙空间内一种密度极大、体积极小的天体,由于它超强的引力连光都能吸走,应该属于无敌,是不是属于“不死之身”呢?

其实不是,“黑洞”也会走向灭亡,直至消失。“黑洞”周围的引力场会释放出能量,同时消耗黑洞的能量和质量。

因为根据物理学里的质能方程E=mc2,说明能量的损失会导致质量的损失,那么“黑洞”也是如此。当“黑洞”损失质量时,它的温度和发射率增加,因而它的质量损失得更快,这个现象被称为“霍金辐射”。

“黑洞”的质量越来越小时,它的温度会越来越高,直到“黑洞”的爆炸。

自从爱因斯坦在广义相对论里预言“黑洞”的存在,再到第一张“黑洞”照片的诞生,整整耗费一百多年的时间。在这个过程中,包括霍金在内无数科学家耗费大量的心血,都想弄清楚“黑洞”的内部是什么样子?“黑洞”和宇宙爆炸论又有什么关系呢?还有很多未知问题等着人类去探索和解决,相信在不久的未来,科学们会给我们一个答案,那时人类应该能在星辰大海中观察“黑洞”。

作者:吴国平