大质量恒星能不能吞噬一颗小质量黑洞?该如何解释?
黑洞是一种只进不出的奇特天体,它是以视界面为表面的致密天体。静态黑洞的视界面一般以史瓦西半径公式计算,不过当考虑到黑洞存在自旋和携带电荷,因此严格上需要用与黑洞性质相对应的半径公式。不过作为一种特殊天体的代表,我们对黑洞进行一般讨论时,只要用史瓦西半径公式就好。
吞噬一切的天体
前面说到黑洞是一种只进不出的天体,任何物质在进入它的视界面后,都无法再出来,只能不可逆转地落向中心的奇点,连宇宙中最快的光也不例外。到这里其实我们就已经可以回答这个问题了:大质量恒星可以吞噬一个小质量黑洞,但它最终会反被吞下去的小质量黑洞吞噬……
大质量恒星为何能吞噬小黑洞?
为什么会得到这两个好像截然相反的结论?我们先来解释大质量恒星为何能吞噬小黑洞,原因就是万有引力和惯性。嗯……没错,这个问题牛顿就能解决……
当一个质量足够小的黑洞落向一颗大质量恒星(为了简化问题,我们假设这颗恒星没有自转),它会不停吞噬周围碰到的气体和等离子体,这个过程中,气体和等离子体中的电磁力并不能产生阻力对其减速,如对一般的天体产生阻力那样,因为所有靠近黑洞的物质都直接落入了黑洞,黑洞的表面并不会对周围的气体和等离子体造成挤压,也就无所谓摩擦减速了。
那黑洞不就直接穿透大质量恒星飞走了吗?就像那些从太阳周围掠过的彗星那样。如果你认真看文章,可能会记得我提到了牛顿除引力以外的另一样东西——惯性。由于我们前面假定了这颗大质量恒星是无自转的,这样问题能最大限度地简化,而并不会影响问题的分析。也就是说,这些拥有质量的气体和等离子体都具有惯性,即保持原有运动状态的性质。用人话说就是它们会倾向于保持不动。那么问题来了,它们倾向于保持不动的情况下被在引力作用下加速落入大质量恒星的黑洞吞噬后会怎么样呢?
答案显而易见:黑洞把它们吞噬后带着它们继续向前狂奔,而它们则在惯性作用下往黑洞运动方向的反方向拖拽,这个作用微乎其微,但当黑洞原有质量足够小(意味着它的动量也足够小),在吞噬了足够多的物质以后,就足以使结束引力加速(经过了近心点)的黑洞的运动速度降低到大质量恒星表面逃逸速度以下。这样黑洞就跑不掉了,在逐渐减速中被恒星吞没。
最终结局会被逆转,黑洞反杀大质量恒星
虽然大质量恒星一时占了上风,成功吞噬了小质量黑洞,但很快它就会后悔了。随着黑洞被逐渐减速最终落向大质量恒星的中心,那里可是恒星的能量来源——核反应区。在恒星核心附近,引力和恒星核聚变产生的辐射压力取得了平衡,恒星核心会以一定的速率发生核聚变反应,所产生的高温通过热辐射和对流源源不断地传向恒星表面,在传播过程中降温,最终以热辐射的形式向宇宙空间辐射光和热。
但黑洞的到来破坏了这种平衡,黑洞所到之处,恒星物质毫无阻碍源源不断地落入视界,恒星核心区域瞬间失去了压力,平衡被打破,核心的核聚变也瞬间停止,失去能量来源的恒星逐渐熄灭,内部的等离子体在源源不断被吞噬的过程中,渐渐形成一个围绕黑洞旋转的吸积盘,大部分物质被最终吞噬,恒星彻底消失不见……
总结
你要问大质量恒星能否吞噬黑洞,综上所述它确实能,但随着时间推移,宇宙怪物黑洞永远是最后的赢家。
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