黑洞是一个空间区域,个中大量的物质聚拢在一个小区域,附近的物质都无法逃脱其引力。
为相识脱地心引力,一个物体必须以至少11.2km/s的速率加速离开地表。这被叫作逃逸速率。只要慢了一点儿,该物质都会掉回地表。对付黑洞来说也是如此,但是,逃逸速率太大了,以至于纵然是光也没有足够的速率来逃离。黑洞被这么叫是由于我们不能瞥见它们;没有光能离开其表面(不能被放出或反射),因此,它一贯是无形的。我们只能在黑洞经由另一个物体前面时不雅观测它们,然后会瞥见引力透镜征象。迄今为止,没有黑洞被真正不雅观测和证明确认,只管有很多可能的候选者。
该当把稳的是,与普遍意见相反,黑洞并不是要把其周围统统都吸进去的真空吸尘器。一个质量等同于太阳的黑洞将会有大约3km的半径。在106km的间隔中,此黑洞的吸引力并不比同一质量的任何其他天体大。例如,如果太阳被同等质量的黑洞代替,行星的翱翔轨道将会保持不变。然而,一旦你穿过了“事宜穹界”,那将完备不同。

黑洞的形成
当一颗恒星到达其生命尽头,会冷却下来,并在引力的浸染下紧缩。在其紧缩时,随着体积降落,它会变得更加稠密。一些恒星会爆炸成为超新星,但其余一些会变成中子星或者黑洞。想象一颗比太阳大十倍的恒星,自身坍缩到大约30km的大小。终极的物质是极高密度的,其引力十分巨大。通过高能撞击也能形成黑洞,例如在二元系统中中子星的碰撞。
史瓦西半径史瓦西半径是一个球体的半径,如果一个物体的全部质量都被压缩在该球体内,那么该球体表面的逃逸速率会即是光速。如果一个恒星残骸坍缩到或低于该半径,光将无法逃离,物体不再直接可见于表面,从而形成黑洞。
方程 50-史瓦西半径
G代表重力,M代表物体质量,c代表光速
黑洞蒸发斯蒂芬•霍金在1974年为黑洞蒸发供应了一个理论上的论据。霍金辐射过程降落了黑洞质量,因此也被称为黑洞蒸发。由于霍金辐射使黑洞失落去质量,失落去的物质比其通过其他办法得到的物质更多,因此,黑洞被预测会消散、紧缩、然后完备消逝。比起巨型黑洞,更小的微型黑洞被预测是一个更大的净发射器,也会更快地紧缩和消散。
探求黑洞有大量的理论技能可以被用于定位黑洞,由于黑洞不能被直接不雅观测,以是我们必须利用间接的方法来探寻黑洞对其周围环境的影响。
吸积盘和气体射流例如中子星和白矮星这样的巨大的超密天体可以推动吸积盘和气体射流的形成,人们相信黑洞也会以类似的办法表现。我们能瞥见吸积盘,我们能阐明中心恒星,但是它们可以确定在哪里可能值得探求黑洞。非常大的吸积盘和气体射流对付超大质量黑洞的存在来说可能是很好的证据,由于据我们所知,任何足够驱动这些征象的物质一定是黑洞。
强烈的辐射排放剧烈的,一次性的伽马射线爆发可能暗示黑洞的出身,由于天文学家们相信射线脉冲是由巨星的引力坍缩或者中子星的相撞引起的。这两类事宜都有足够的质量和压力来产生黑洞。
引力透镜效应光从迢遥而通亮的源头发出,一个巨型物体处于该光源和不雅观测者之间,当光在该巨型物体周围发生波折时,就形成了引力透镜。这个过程是广义相对论的预测之一。根据这个理论,质量扭曲时空,创造引力场,因此产生了波折的光。
黑洞仿照图
图源:NASA
这幅图阐明了光是如何从迢遥的光源来,并在巨型物体周围发生波折的。橘色箭头展示了背景源的视位置。白色箭头展示了光从光源的真实位置来的路径。
来自远方的光如何在巨大物体周围发生波折
图源:NASA
不才图中,你可以瞥见被不雅观测的引力透镜正如哈勃空间望远镜于1689年在星系团艾贝尔中看到的那样。
这张图片展示了星系团艾贝尔2218的全面概况和其引力透镜
图源:Wikipedia
环绕可能存在的黑洞轨道运行的天体环绕可能存在的黑洞轨道运行的天体探测了中心天体的引力场。以1970年代的创造为例,吸积盘环抱的X射线发射源,是能发射Cygnus X-1的物质,俗称黑洞。虽然该物质本身不能为肉眼所见,但X射线因此毫秒级速率在吸积前绕十个太阳质量的黑洞运行的一种高热块状物质。X射线光谱显示了轨道上相对论物质的图像,其铁线以大约6.4千电子伏发出,并扩展到赤色部分(圆盘向后一侧)和蓝色部分(在更近一侧)。
天鹅座X-1源的钱德拉射线光谱
图源:NASA
银河系之心致密尘埃和气体的可视波长阻碍我们看清银河系的中央,但是其他波长,例如射电波长,可以帮助我们可以看穿这些障碍。这个星系准确意义上的中央被一个彷佛没有轨道运行的强烈的射电源所霸占。不到十年前,这个叫作“人马座A”(发音A星)的物体被证明是一个巨大的黑洞。
作者: lonewolfonline
FY: Henin
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