宇宙里为什么有黑洞?
当恒星的“爆炸”残骸至少是太阳的两倍大时,就会形成黑洞。在恒星生命的剩余10%中,它会逐渐变热(并释放更多的能量)。因为它的质量如此之大,所以恒星必须诉诸核聚变来产生平衡自身引力所需的能量。但是当其自身的能量用尽时,其自身的引力成为主导力量,并且没有抵抗力量,这会导致恒星自身崩溃,从而产生更完整的崩溃(当星体的质量较小时,一颗太阳大小的恒星只会变成白矮星,而当碎片超过太阳质量的1.44倍时,它将成为中子星,并成为无限重力和引力的点因为它的引力是如此之强,所以即使宇宙中最快的光也无法逃脱,所以,如果光没有被反射,我们就看不到它。
宇宙中的一切都按照爱因斯坦的广义相对论运动;牛顿运动定律是相对论的主要例证;根据相对论,物质存在反物质;物质和反物质相撞并毁灭;黑洞是由大质量恒星形成的。当一颗恒星达到老年并且麻木氢核内部的氢原子不足以支持聚变,因此氦核发挥了作用。四个氦核融合形成碳核。此外,当氦核耗尽时,聚变反应从四个碳原子变为一个铁核。
在聚变过程中,恒星会膨胀并最终爆炸。爆炸之后,恒星的外壳被扔到太空中。此时,恒星的核心结构开始收缩。原子之间的距离在缩小,恒星的密度在增加。物质之间的相互作用随着距离的减小而增加。由于物质之间同时排斥。当距离足够小时,重力大于排斥力,恒星坍塌。换句话说,恒星在自身重量的作用下被压碎。
之后,恒星将继续吸收周围的物质,使其自身的重量越来越多。根据牛顿万有引力定律,物体的质量越大,其他物体的引力就越大。因此,重力使质量增加,而质量增加使重力增加。最终发展成一种可以吸引任何东西的东西。
黑洞大致有三类。
一类是微型黑洞,也叫量子黑洞。理论上诞生于宇宙大爆炸初期,由刚刚生成的物质在宇宙初期的高密度下形成。这类黑洞质量并不大,大小只有一个基本粒子大小,质量只有数万吨到数十万吨。这类黑洞仅仅是理论预言,目前尚未发现。
第二类是恒星级黑洞。是由大质量恒星在演化末期,通过超新星爆炸的形式,恒星核引力坍缩形成的。这也是目前研究较多的一类黑洞。恒星演化理论认为,当大于太阳质量30倍以上的大质量恒星在演化末期,会发生一次超新星爆发。在爆发中,大量物质被抛出恒星,同时恒星核会收缩。当恒星核质量大于3.2倍太阳质量时(这个极限称为“奥本海默极限”),它将无可避免地坍缩为一个质量无限大、尺度无限小、表面脱离速度达到或大于光速的物体。由于任何靠近它的物体(包括光线)都会被它强大的引力吸引而无法逃脱,自身发出的光也无法离开它的表面,就像是一个黑色的无底洞一样,所以称为“黑洞”。
第三类是星系中心的黑洞。这类黑洞是在星系形成时,由于中心物质密度极高,引力极强,自身引力坍缩形成的。这类黑洞只存在于大型星系的中心,通常质量极大,达数十万到数千万倍太阳质量,甚至更大。例如,银河系中心就存在一个质量超大的黑洞,质量约为太阳的400万倍。
今年早些时候发布的那张黑洞照片,也是一个星系中心的黑洞。这个黑洞位于M87星系当中,距离地球5300万光年之遥,质量相当于65亿颗太阳。