第1085章 黑洞

獵戶座亮星極多,其中最著名的就屬參宿四(Betelgeuse),它是紅超巨星,半徑在太陽的 650 倍到 1200 倍間變化,如果把它放在我們的太陽這個位置,外圍將超過木星。而半徑的變化使得它的光度也跟著變化,亮度會在 0.4 至 1.3 間變化。它距離我們約 640 光年,因爲又近又大,使它成爲除了太陽之外,人類首度能解析出表面大小的恆星。參宿四已走入生命末期,推測在未來數百萬年中,可能變成超新星。

天蠍座的主星。中國古代又稱大火,是東方蒼龍七宿中心宿的第二星,用來確定季節。“七月流火”即是大火星西行,天氣將寒之意。現代天文學之稱爲“天蠍座α星”。

它是一個紅超巨星。它是一個光變明顯的半規則變星,並與一個藍色主序星組成一個

目視雙星系統。心宿二還是射電源。

黑洞由中心的一個由黎曼曲率張量出發構建的標量多項式在趨向此處發散的奇點和周圍的時空組成,其邊界爲只進不出的單向膜:事件視界,事件視界的範圍之內不可見。依據愛因斯坦的廣義相對論,當一顆垂死恆星崩潰,它將向中心塌縮,這裡將成爲黑洞,吞噬鄰近宇宙區域的所有光線和任何物質。

黑洞的產生過程類似於中子星的產生過程:某一個恆星在準備滅亡,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,由於恆星核心的質量大到使收縮過程無休止地進行下去,連中子間的排斥力也無法阻擋。中子本身在擠壓引力自身的吸引下被碾爲粉末,剩下來的是一個密度高到難以想象的物質。

由於高質量而產生的引力,使得任何靠近它的物體都會被它吸進去。也可以簡單理解爲:通常恆星最初只含氫元素,恆星內部的氫原子核時刻相互碰撞,發生聚變。由於恆星質量很大,聚變產生的能量與恆星萬有引力抗衡,以維持恆星結構的穩定。由於氫原子核的聚變產生新的元素——氦元素,接着,氦原子也參與聚變,改變結構,生成鋰元素。如此類推,按照元素週期表的順序,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,該恆星便會坍塌。這是由於鐵元素相當穩定,參與聚變時釋放的能量小於所需能量,因而聚變停止,而鐵元素存在於恆星內部,導致恆星內部不具有足夠的能量與質量巨大的恆星的萬有引力抗衡,從而引發恆星坍塌,最終形成黑洞。說它“黑”,是因爲它產生的引力使得它周圍的光都無法逃逸。跟中子星一樣,黑洞也是由質量大於太陽質量好幾十甚至幾百倍以上的恆星演化而來的。

當一顆恆星衰老時,它的熱核反應已經耗盡了中心的燃料,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,物質將不可阻擋地向着中心點進軍,直到最後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(一定小於史瓦西半徑),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。

黑洞通常是因爲它們聚攏周圍的氣體產生輻射而被發現的,這一過程被稱爲吸積。高溫氣體輻射熱能的效率會嚴重影響吸積流的幾何與動力學特性。已觀測到了輻射效率較高的薄盤以及輻射效率較低的厚盤。當吸積氣體接近中央黑洞時,它們產生的輻射對黑洞的自轉以是中央延展物質系統的流動。吸積是天體物理中最普遍的過程之一,而且也正是因爲吸積才形成了我們周圍許多常見的結構。在宇宙早期,當氣體朝由暗物質造成的引力勢阱中心流動時形成了星系。恆星是由氣體雲在其自身引力作用下坍縮碎裂,進而通過吸積周圍氣體而形成的。行星(包括地球)也是在新形成的恆星周圍通過氣體和岩石的聚集而形成的。當中央天體是一個黑洞時,吸積就會展現出它最爲壯觀的一面。黑洞除了吸積物質之外,還通過霍金蒸發過程向外輻射粒子。

由於黑洞的密度極大,根據公式我們可以知道密度=質量/體積,爲了讓黑洞密度無限大,而黑洞的質量不變,那就說明黑洞的體積要無限小,這樣才能成爲黑洞。黑洞是由一些恆星“滅亡”後所形成的死星,它的質量極大,體積極小。但黑洞也有滅亡的那天,按照霍金的理論,在量子物理中,有一種名爲“隧道效應”的現象,即一個粒子的場強分佈雖然儘可能讓能量低的地方較強,但即使在能量相當高的地方,場強仍會有分佈,對於黑洞的邊界來說,這就是一堵能量相當高的勢壘,但是粒子仍有可能出去。

霍金還證明,每個黑洞都有一定的溫度,而且溫度的高低與黑洞的質量成反比例。也就是說,大黑洞溫度低,蒸發也微弱;小黑洞的溫度高蒸發也強烈,類似劇烈的爆發。相當於一個太陽質量的黑洞,大約要1x10^66年才能蒸發殆盡;相當於一顆小行星質量的黑洞會在1x10-21秒內蒸發得乾乾淨淨。

當黑洞的質量越來越小時,它的溫度會越來越高。這樣,當黑洞損失質量時,它的溫度和發射率增加,因而它的質量損失得更快。這種“霍金輻射”對大多數黑洞來說可以忽略不計,因爲大黑洞輻射的比較慢,而小黑洞則以極高的速度輻射能量,直到黑洞的爆炸。

宇宙中,到處都是異常狂暴的天體。在他們面前,任何有機生命都不值一提。如果天體運行導致文明毀滅,那會一點兒渣都不剩。

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