[破事水水] [2006.05.31]〖天文生物探索部〗（天文组）黑洞的故事

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最后的银色子弹

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发表于 2006-5-31 13:41:20 |只看该作者 |倒序浏览

[CENTER]黑洞是什么[/CENTER]
　　黑洞中隐匿着巨大的引力场，这种引力大到任何东西，甚至连光，都难逃黑洞的手掌心。黑洞不让任何其边界以内的任何事物被外界看见，这就是这种物体被称为“黑洞”的缘故。我们无法通过光的反射来观察它，只能通过受其影响的周围物体来间接了解黑洞。据猜测，黑洞是死亡恒星或爆炸气团的剩余物，是在特殊的大质量超巨星坍塌收缩时产生的。
　　因为黑洞是不可见的，所以有人一直置疑，黑洞是否真的存在。如果真的存在，它们到底在哪里？
　　黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程；恒星的核心在自身重量的作用下迅速地收缩，发生强力爆炸。当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止，被压缩成一个密实的星球。但在黑洞情况下，由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去，中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末，剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。任何靠近它的物体都会被它吸进去，黑洞就变得像真空吸尘器一样
　　为了理解黑洞的动力学和理解它们是怎样使内部的所有事物逃不出边界，我们需要讨论广义相对论。广义相对论是爱因斯坦创建的引力学说，适用于行星、恒星，也适用于黑洞。爱因斯坦在1916年提出来的这一学说，说明空间和时间是怎样因大质量物体的存在而发生畸变。简言之，广义相对论说物质弯曲了空间，而空间的弯曲又反过来影响穿越空间的物体的运动。
　　让我们看一看爱因斯坦的模型是怎样工作的。首先，考虑时间（空间的三维是长、宽、高）是现实世界中的第四维（虽然难于在平常的三个方向之外再画出一个方向，但我们可以尽力去想象）。其次，考虑时空是一张巨大的绷紧了的体操表演用的弹簧床的床面。
　　爱因斯坦的学说认为质量使时空弯曲。我们不妨在弹簧床的床面上放一块大石头来说明这一情景：石头的重量使得绷紧了的床面稍微下沉了一些，虽然弹簧床面基本上仍旧是平整的，但其中央仍稍有下凹。如果在弹簧床中央放置更多的石块，则将产生更大的效果，使床面下沉得更多。事实上，石头越多，弹簧床面弯曲得越厉害。
　　同样的道理，宇宙中的大质量物体会使宇宙结构发生畸变。正如10块石头比1块石头使弹簧床面弯曲得更厉害一样，质量比太阳大得多的天体比等于或小于一个太阳质量的天体使空间弯曲得厉害得多。
　　如果一个网球在一张绷紧了的平坦的弹簧床上滚动，它将沿直线前进。反之，如果它经过一个下凹的地方，则它的路径呈弧形。同理，天体穿行时空的平坦区域时继续沿直线前进，而那些穿越弯曲区域的天体将沿弯曲的轨迹前进。
　　现在再来看看黑洞对于其周围的时空区域的影响。设想在弹簧床面上放置一块质量非常大的石头代表密度极大的黑洞。自然，石头将大大地影响床面，不仅会使其表面弯曲下陷，还可能使床面发生断裂。类似的情形同样可以宇宙出现，若宇宙中存在黑洞，则该处的宇宙结构将被撕裂。这种时空结构的破裂叫做时空的奇异性或奇点。
　　现在我们来看看为什么任何东西都不能从黑洞逃逸出去。正如一个滚过弹簧床面的网球，会掉进大石头形成的深洞一样，一个经过黑洞的物体也会被其引力陷阱所捕获。而且，若要挽救运气不佳的物体需要无穷大的能量。
　　我们已经说过，没有任何能进入黑洞而再逃离它的东西。但科学家认为黑洞会缓慢地释放其能量。著名的英国物理学家霍金在1974年证明黑洞有一个不为零的温度，有一个比其周围环境要高一些的温度。依照物理学原理，一切比其周围温度高的物体都要释放出热量，同样黑洞也不例外。一个黑洞会持续几百万万亿年散发能量，黑洞释放能量称为：霍金辐射。黑洞散尽所有能量就会消失。
处于时间与空间之间的黑洞，使时间放慢脚步，使空间变得有弹性，同时吞进所有经过它的一切。1969年，美国物理学家约翰阿提惠勒将这种贪得无厌的空间命名为“黑洞”。
　　我们都知道因为黑洞不能反射光，所以看不见。在我们的脑海中黑洞可能是遥远而又漆黑的。但英国著名物理学家霍金认为黑洞并不如大多数人想象中那样黑。通过科学家的观测，黑洞周围存在辐射，而且很可能来自于黑洞，也就是说，黑洞可能并没有想象中那样黑。
　　霍金指出黑洞的放射性物质来源是一种实粒子，这些粒子在太空中成对产生，不遵从通常的物理定律。而且这些粒子发生碰撞后，有的就会消失在茫茫太空中。一般说来，可能直到这些粒子消失时，我们都未曾有机会看到它们。
　　霍金还指出，黑洞产生的同时，实粒子就会相应成对出现。其中一个实粒子会被吸进黑洞中，另一个则会逃逸，一束逃逸的实粒子看起来就像光子一样。对观察者而言，看到逃逸的实粒子就感觉是看到来自黑洞中的射线一样。
　　所以，引用霍金的话就是“黑洞并没有想象中的那样黑”，它实际上还发散出大量的光子。
　　根据爱因斯坦的能量与质量守恒定律。当物体失去能量时，同时也会失去质量。黑洞同样遵从能量与质量守恒定律，当黑洞失去能量时，黑洞也就不存在了。霍金预言，黑洞消失的一瞬间会产生剧烈的爆炸，释放出的能量相当于数百万颗氢弹的能量。
　　但你不要满怀期望地抬起头，以为会看到一场烟花表演。事实上，黑洞爆炸后，释放的能量非常大，很有可能对身体是有害的。而且，能量释放的时间也非常长，有的会超过100亿至200亿年，比我们宇宙的历史还长，而彻底散尽能量则需要数万亿年的时间

这个宇宙巨人位于遥远的星系中央

它在大爆炸后十亿年内就形成了

它不断吞噬宇宙物质来壮大自己
美国斯坦福大学的天文学研究小组在遥远的宇宙中发现了到目前为止堪称最庞大最古老的黑洞。其质量是太阳质量的100多亿倍，这意味着这个被称为Q0906+6930的黑洞能够在自己的引力场中吸纳上千个太阳系，其质量也相当于银河系内所有恒星的质量之和。
这个巨型黑洞位于大熊座星系中央，与地球的距离约为127亿光年。据来自斯坦福大学的罗格-鲁曼尼表示，科学家们初步确定这个黑洞的年龄约为127亿岁，也就是说，它在“大爆炸”之后10亿年内就已经形成了。
　　然而，令天文学家们疑惑不解的是这个巨型黑洞是如何在如此短暂的时间内聚集如此之巨的质量的。据罗格-鲁曼尼教授解释称，为了揭开这个庞然大物的质量之谜，天文学家们使尽了全身的解数----包括测量微粒的运动速度和多普勒效应强度(离我们远去的天体发出的光波长变长，谱线向红端移动，这种现象叫多普勒效应。--译者注)。
　　众所周知，黑洞是看不见的，因此科学家们只能依靠它发出的辐射和对相邻恒星的万有引力作用来判定它的存在。一般来讲，天文学家们将黑洞分为两类：星状黑洞和超大质量星状黑洞。星状黑洞由质量相当于几个太阳的恒星坍缩形成，而超大质量星状黑洞的质量则可达十亿个太阳质量。
　　罗格-鲁曼尼认为，研究这类奇异的天体有助于更好地研究宇宙的构成。

美国科学家发现另类X射线

美国科学家发现另类X射线
美国天文学家近日表示，“钱德拉”X射线宇宙观测台发现宇宙间新的“黑洞”类型，其质量约是太阳的一百倍。据《天体物理学杂志》刊载的文章称，美国科学家成功发现了另类X射线，这种射线与普通的中子星和传统的“黑洞”所辐射出的X射线有很大差别。
通常，形成“黑洞”的物质都是衰亡恒星的遗骸，“黑洞”通常也都有着庞大的质量，以致于连光也无法逃脱其巨大的引力。
　　如今，科学家们所面临的一个难题就是要解释“黑洞”在数百万摄氏度的高温下是以何种方式制造出如此强大的X射线的。据来自马萨诸塞州哈佛-史密森天体物理研究中心的罗赞-迪-史蒂芬诺表示：“目前我们必须得搞清楚，温度达数百万摄氏度的‘黑洞’为什么能够产生如此强大的X射线”。
　　在此之前，天文学家们仅认识了两种类型的“黑洞”，一种是质量仅为太阳质量10多倍的恒星“黑洞”，另一种是质量超过太阳质量数十亿倍的超重“黑洞”。此次“钱德拉”宇宙观测台的新发现证明，“黑洞”还有另外一种类型，那就是质量中等、温度在100-400万摄氏度之间的中型“黑洞”。