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神奇的宇宙黑洞

神奇的宇宙黑洞(图片1)

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黑洞是现代广义相对论中,宇宙空间内存在的一种天体。黑洞的引力很大,使得视界内的逃逸速度大于光速。黑洞是现代广义相对论中,宇宙空间内存在的一种密度极大体积极小的天体。黑洞是由质量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽而死亡后,发生引力坍缩产生的。黑洞的引力很大,连光都无法逃脱。其实黑洞并不“黑”,只是无法直接观测,但可以借由间接方式得知其存在与质量,并且观测到它对其他事物的影响。

1916年,德国天文学家卡尔·史瓦西(Karl Schwarzschild)通过计算得到了爱因斯坦引力场方程的一个真空解,这个解表明,如果将大量物质集中于空间一点,其周围会产生奇异的现象,即在质点周围存在一个界面——“视界”一旦进入这个界面,即使光也无法逃脱。这种“不可思议的天体”被美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒(John Archibald Wheeler)命名为“黑洞”。霍金曾通过论文指出在经典理论中黑洞是不存在的,他承认自己最初有关视界的认识是有缺陷的,并提出了新的“灰洞”理论。该理论认为,物质和能量在被黑洞困住一段时间以后,又会被重新释放到宇宙中。

科学家认为所有大型星系中心都存在超大质量黑洞。黑洞一直在吞噬被称之为“活跃星系核”的物质。由于被明亮并且温度极高的下落物质盘环绕,黑洞的质量很难确定。黑洞无法直接观测,但可以借由间接方式得知其存在与质量,并且观测到它对其他事物的影响。借由物体被吸入之前的因高热而放出和γ射线的“边缘讯息”,可以获取黑洞存在的讯息。推测出黑洞的存在也可借由间接观测恒星或星际云气团绕行轨迹取得位置以及质量。2017年12月7日,美国卡耐基科学研究所科学家发现有史以来最遥远的超大质量黑洞,其质量是太阳的8亿倍。

黑洞会发出耀眼的光芒,体积会缩小,甚至会爆炸,会喷射物体,发出耀眼的光芒。当英国物理学家斯蒂芬·威廉·霍金于1974年做此预言时,整个科学界为之震动。霍金的理论是受灵感支配的思维的飞跃,他结合了广义相对论和量子理论,他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,因为大黑洞辐射的比较慢,而小黑洞则以极高的速度辐射能量,直到黑洞的爆炸。

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