黑洞形成的原因和過程

黑洞形成的原因和過程

　　宇宙中大部分星系，包括我們居住的銀河系的中心都隱藏著一個超大質量黑洞。那么你知道黑洞形成的原因和過程嗎?學習啦小編在此整理了黑洞形成的原因和過程，供大家參閱，希望大家在閱讀過程中有所收獲!

　　黑洞形成的原因和過程介紹

　　黑洞就是中心的一個密度無限大、時空曲率無限高、體積無限小的奇點和周圍一部分空空如也的天區，這個天區范圍之內不可見。黑洞的產生過程類似于中子星的產生過程;某一個恒星在準備滅亡，核心在自身重力的作用下迅速地收縮，塌陷，發生強力爆炸。當核心中所有的物質都變成中子時收縮過程立即停止，被壓縮成一個密實的星體，同時也壓縮了內部的空間和時間。但在黑洞情況下，由于恒星核心的質量大到使收縮過程無休止地進行下去，中子本身在擠壓引力自身的吸引下被碾為粉末，剩下來的是一個密度高到難以想象的物質。由于高質量而產生的力量，使得任何靠近它的物體都會被它吸進去。黑洞開始吞噬恒星的外殼，但黑洞并不能吞噬如此多的物質，黑洞會釋放一部分物質，射出兩道純能量——γ射線。

　　也可以簡單理解：通常恒星的最初只含氫元素，恒星內部的氫原子時刻相互碰撞，發生聚變。

　　由于恒星質量很大，聚變產生的能量與恒星萬有引力抗衡，以維持恒星結構的穩定。由于聚變，氫原子內部結構最終發生改變，破裂并組成新的元素——氦元素，接著，氦原子也參與聚變，改變結構，生成鋰元素。如此類推，按照元素周期表的順序，會依次有鈹元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成，直至鐵元素生成，該恒星便會坍塌。這是由于鐵元素相當穩定，參與聚變時不釋放能量，而鐵元素存在于恒星內部，導致恒星內部不具有足夠的能量與質量巨大的恒星的萬有引力抗衡，從而引發恒星坍塌，最終形成黑洞。說它“黑”，是因為它的密度無窮大，從而產生的引力使得它周圍的光都無法逃逸。跟中子星一樣，黑洞也是由質量大于太陽質量好幾倍以上的恒星演化而來的。

　　當一顆恒星衰老時，它的熱核反應已經耗盡了中心的燃料(氫)，由中心產生的能量已經不多了。這樣，它再也沒有足夠的力量來承擔起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下，核心開始坍縮，物質不可阻擋地向著中心點進軍，直到最后形成體積接近無限小、密度幾乎無限大的星體。而當它的半徑一旦收縮到一定程度(一定小于史瓦西半徑)，質量導致的時空扭曲就使得即使光也無法向外射出——“黑洞”就誕生了。

　　黑洞的表現形式

　　恒星的時空扭曲改變了光線的路徑，使之和原先沒有恒星情況下的路徑不一樣。光在恒星表面附近稍微向內偏折，在日食時觀察遠處恒星發出的光線，可以看到這種偏折現象。當該恒星向內坍塌時，其質量導致的時空扭曲變得很強，光線向內偏折得也更強，從而使得光線從恒星逃逸變得更為困難。對于在遠處的觀察者而言，光線變得更黯淡更紅。最后，當這恒星收縮到某一臨界半徑(史瓦西半徑)時，其質量導致時空扭曲變得如此之強，使得光向內偏折得也如此之強，以至于光線再也逃逸不出去 。這樣，如果光都逃逸不出來，其他東西更不可能逃逸，都會被拉回去。也就是說，存在一個事件的集合或時空區域，光或任何東西都不可能從該區域逃逸而到達遠處的觀察者，這樣的區域稱作黑洞。將其邊界稱作事件視界，它和剛好不能從黑洞逃逸的光線的軌跡相重合。

　　與別的天體相比，黑洞十分特殊。人們無法直接觀察到它，科學家也只能對它內部結構提出各種猜想。而使得黑洞把自己隱藏起來的的原因即是彎曲的時空。根據廣義相對論，時空會在引力場作用下彎曲。這時候，光雖然仍然沿任意兩點間的最短光程傳播，但相對而言它已彎曲。在經過大密度的天體時，時空會彎曲，光也就偏離了原來的方向。

　　在地球上，由于引力場作用很小，時空的扭曲是微乎其微的。而在黑洞周圍，時空的這種變形非常大。這樣，即使是被黑洞擋著的恒星發出的光，雖然有一部分會落入黑洞中消失，可另一部分光線會通過彎曲的空間中繞過黑洞而到達地球。觀察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一樣，這就是黑洞的隱身術。

　　更有趣的是，有些恒星不僅是朝著地球發出的光能直接到達地球，它朝其它方向發射的光也可能被附近的黑洞的強引力折射而能到達地球。這樣我們不僅能看見這顆恒星的“臉”，還同時看到它的“側面”、甚至“后背”，這是宇宙中的“引力透鏡”效應。

　　這張紅外波段圖像拍攝的是我們所居住銀河系的中心部位，所有銀河系的恒星都圍繞銀心部位可能存在的一個超大質量黑洞公轉。 據美國太空網報道，一項新的研究顯示，宇宙中最大質量的黑洞開始快速成長的時期可能比科學家原先的估計更早，并且仍在加速成長。

　　一個來自以色列特拉維夫大學的天文學家小組發現，宇宙中最大質量黑洞的首次快速成長期出現在宇宙年齡約為12億年時，而非之前認為的20~40億年。天文學家們估計宇宙的年齡約為138.2億年。

　　同時，這項研究還發現宇宙中最古老、質量最大的黑洞同樣具有非常快速的成長。有關這一發現的詳細情況發表在最新一期的《天體物理學報》。

　　如果黑洞足夠大，宇航員會開始覺察到拉著他腳的重力比拉著他頭的重力更強大，這種吸引力拖著他無情地向下落，重力差會迅速加大而將他撕裂，最終他的遺體會被扯得粉碎而落入黑洞那無限致密核心。

　　普金斯基和他的兩個學生艾哈邁德·艾姆哈里、詹姆斯·薩利，加上該校的另一位弦理論學家唐納德·馬洛夫一起，對這一事件進行了重新計算。根據他們的計算，卻呈現出完全不同的另一番場景：量子效應會把事件視界變成沸騰的粒子大漩渦，任何東西掉進去都會撞到一面火焰墻上而被瞬間烤焦。