当黑洞遇到中子星时,能够把中子星吞没吗?
“中子星如果以极快的速度,一下子冲入黑洞中心,黑洞能吃下吗?为什么?”,应该说黑洞可以“吃下”中子星,但是不会“一口吃掉”,而是撕碎之后慢慢吃。
为什么中子星在进入黑洞前会被撕碎黑洞是宇宙中最为神奇的天体,现代科学认为,当大质量恒星演化到生命末期,由于恒星内部核聚变产生的辐射压无法抵挡重力带来的物质塌缩效应,组成恒星的物质将会向恒星中心不断集中,从而引发超新星爆炸,黑洞就从这场大爆炸中产生,通常认为黑洞的中心处于奇点状态,由奇点产生的引力场可以是经过它附近的光被俘获,从而形成包裹奇点的事件视界,由于黑洞既不反射光线也不发生光线,所谓我们无法直接观测到黑洞的存在。
中子星是目前已知的密度仅次于黑洞的天体,所以当中子星接近黑洞时,我们就要分析“孰强孰弱”了,科学家认为,当一个天体在靠近引力源时,其距离引力源较近的一面与距离引力源较远的一面会形成引力差,如果这个差值大于该天体自身的重力,那么该天体就会在引力差的作用下分崩离析,这种引力差其实就是潮汐力。中子星进入黑洞的情况我们也可以按此分析,由于黑洞事件视界的存在,我们无法观察到黑洞内部情况,所以我们需要判断中子星能否完整的跨越事件视界。
首先来说一下“洛希极限”的概念,洛希极限通俗理解就是一个天体自身的引力与另一个天体造成的潮汐力相等时的距离,当到达这个距离时,较小质量的天体往往会因较大质量天体产生的潮汐力而解体,该理论由法国天文学家洛希于1849年提出。从洛希极限的解释中我们可以推测出,越“结实”的天体,其极限距离越小,而天体越“结实”则代表其密度越高,因此我们可以认为天体的洛希极限和它们的密度有关。
但遗憾的是我们无法直接测量黑洞的密度,
由于事件视界的存在,我们无法知道黑洞奇点的具体体积,奇点通常被认为是体积为零的点,因此理论上奇点的密度是无限大的,
但这位我们的计算带来了障碍,我们姑且将黑洞的事件视界看做黑洞的体积,但这会造成一种情况,既黑洞的质量越大,其事件视界范围越大,那么黑洞的密度也就越低,由此推算,一个四十亿倍太阳质量的黑洞,其密度和空气密度相差无几了。同样,如果黑洞的质量越小,那么计算出的黑洞密度也会越大,既然理论认为黑洞的密度是无限大的,那么我们就通过尽可能大的密度来推算。如果把地球压缩成黑洞,该黑洞的直径将不足两厘米,已知地球的质量为5.965×10^24kg,由此推算出的黑洞密度可达4.19*10^33kg/m³。
我们以“地球黑洞”的密度来估算,已知“地球黑洞”密度为4.19*10^33kg/m³,史瓦西半径R约为8mm,中子星密度为2*10^18kg/m³,由此推算出洛希极限d=R(2*ρ黑洞/ρ中子星)^0.333,计算结果约为1358m。也就是说当中子星接近地球黑洞时,在距离地球黑洞一公里外的地方就会因潮汐力而解体,这个距离是远大于地球黑洞8毫米的史瓦西半径的,这样的推算方法或许不甚合理,但是我认为有助于理解本问题。
中子星以极快的速度冲向黑洞,黑洞能吃完吗?题目中提到,如果中子星以极快的速度冲向黑洞会如何,其实从上文中的分析我们已经知道,中子星在进入事件视界前就会因潮汐力而粉碎,但是如果速度快一点呢?在这里我们就要考虑相对论原理了,
相对论告诉我们任何具有静止质量的物体都无法达到光速,更何况质量庞大的中子星了,但是引力的速度却可以达到光速,因此必然存在潮汐力的作用速度大于中子星的位移速度,由于黑洞的理论密度远大于中子星,所以中子星的分崩离析也就是必然情况了。
虽然中子星具有极高的质量与密度,但是无所不吞的黑洞依然可以将其撕碎吞完,当黑洞吞噬中子星后,其自身质量也会增加,从而使事件视界的范围更加扩大,简单来说就是黑洞“长胖了”。
总结中子星在被黑洞吞并前会因潮汐力而解体,但是黑洞依然可以吞并整个中子星的物质。
中子星虽然密度很大,但是逃不过黑洞的引力,当中子星达到黑洞的洛希极限,同样会被撕裂。