黑洞

2016年10月26日17:54:48科学探索129阅读模式

仙女座星系中的黑洞

1967年,美国著名物理学家约翰·惠勒提出 黑洞 一词。他就是 黑洞 一词的命名之父。该词代替了先前的 重力完全坍缩的星球 的表达方式,为解释宇宙中重质量恒星坍缩创造了一个简洁、贴切、概括性的词汇。 黑洞无毛 (Ablackholehasnohair!)这是惠勒著名的提法,他表达的是一个天体在形成黑洞的引力坍缩过程中,只能给外部的观测者保留下很少的表征黑洞物理特性的信息。后来人们提炼出来,黑洞保留下的,只有三种特性:质量、自旋、电荷。我们只能通过这三种信息寻找黑洞。几十年来,人们延续惠勒的说法, 黑洞 成为天文物理学中最引人注目的研究目标。

黑洞不是洞 ,而是一种特殊的星球。质量在6~8个太阳质量以上的恒星,在演化末期发生超新星爆炸时,剩余的内核区域质量大于3个太阳质量,则会继续收缩。根据爱因斯坦的广义相对论,科学家推测这时就会出现黑洞。一直以来,科学家们就在努力寻找黑洞。

黑洞并非是说它黑,而是黑洞由于结构太过致密了,吸收了所有的光,使其无法反射出来,我们眼睛接受不到它的光,在我们眼中不能形成一个形象,才导致它变得 黑 。既然黑洞不发光,一般的观测仪器就很难发现它。迄今为止,对那些单独的黑洞,天文学家目前仍然想不出什么好方法。但是,如果黑洞是双星系统的其中之一的话,则可以借着观测双星的运动来推测看不到的伴星质量,伴星质量超过三个太阳质量而又看不到它,则它就可能是黑洞了。

在双星系统中,如果其中之一是黑洞,则另外一颗恒星在演化晚期膨胀成为超巨星时,膨胀的物质会被黑洞强大的重力吸引,盘旋地向黑洞陷落。在盘旋陷落的过程中,形成一个吸积盘。物质在吸积盘中盘旋陷落的过程中,一路推挤碰撞,半径越来越小,温度也随之升高,在吸积盘内层温度高到几百万度时,就会发出X光,天文学家通过搜索X光,就有可能发现黑洞。

天鹅座X-1(CygnusX-1,缩写为CygX-1)是一个位于天鹅座方向的X射线源,是人类发现的第一个黑洞候选天体。天鹅座X-1是一个高质量的X射线连星系统,主星是一颗超巨星,质量约为20~40倍太阳质量。其伴星名为HDE226868,是一颗8.9等的变星,质量约为8.7倍太阳质量,在环境许可的情况下,使用双筒望远镜可看得见。

1965年,人们精确测定出该X射线源位于暗星HD-226868的附近区域。这个恒星之所以显得暗淡,仅仅是由于它距离地球有10000光年之久。实际上,它是一个巨星,其质量是太阳的30倍。该天体位于赤经19时56.5分,赤纬35°4 。天鹅座X-1是天空中最持久的强力X射线源,距离地球约为8000光年。

天鹅座X-1的发现,让天文学家们看到了黑洞研究的希望,人们一直努力寻找更多的证据来研究恒星的延续过程。

2004年,天文学家通过钱德拉天文望远镜和欧洲的XMM牛顿X射线望远镜,首次观测到恒星被黑洞肢解的情景,这一特殊的天文现象在一个星系中发生的概率是1万年1次。

后来,在美国天文学年会上公布的研究成果表明,位于银河系中心被称为人马座A星的质量,至少是太阳质量的1000倍,而且很可能比这个还大。所以,有科学家认为,银河系的中心本身就是一个质量巨大的黑洞。

现在,在我们的星系中和邻近的大小麦哲伦星云的星系中,还有几个类似天鹅X-1的黑洞的证据。几乎可以肯定,黑洞的数量比这多得多。在漫长的宇宙历史中,很多恒星应该已经烧尽了它们的核燃料并坍缩了。黑洞的数目甚至比可见恒星的数目要大得多。

1974年,英国物理学家史蒂芬·霍金一语惊人: 黑洞会发出耀眼的光芒,体积会缩小,甚至会爆炸。 整个科学界为之震动。霍金发现,黑洞周围的引力场释放出能量,同时消耗黑洞的能量和质量,当黑洞的质量越来越小时,它的温度会越来越高。这样,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。这种 霍金辐射 对大多数黑洞来说可以忽略不计,而小黑洞则以极高的速度辐射能量,直到黑洞的爆炸。人们一直觉得黑洞只是不停地 吃东西 ,没想过它会消失。

黑洞真的会这样吗?黑洞是否像有些人说的那样,真的连接着另一个宇宙,会有时空变换的奇迹吗?这些疑问在不久的将来还将一直困扰我们,人类对黑洞的兴趣也会越来越大。


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