黑洞是如何形成的?

由什么物质行成的?

第1个回答  2007-09-09
黑洞
black hole

广义相对论所预言的一种天体。一个质量比太阳大8倍以上的恒星,一般经过超新星爆发留下超过二、三个太阳质量的核,将没有任何力能阻止它继续坍缩。当它的半径小于引力半径rg=2GM/c2(G为万有引力常数,c为光速,M为天体的质量)时,没有任何物质或辐射能够逃逸出来,成为黑洞。黑洞的性质由三个参量来表征,即质量M、角动量J和电荷Q。当J=Q=0时,它是球对称的史瓦西黑洞;当Q=0时,则为轴对称的克尔黑洞。黑洞的性质决定了探测黑洞的困难性。如果向黑洞下落的气体具有较大的角动量,则应绕着黑洞在轨道上旋转,形成一个气盘。气盘中相邻层之间因气体的粘滞性引起的摩擦产生了热能,理论计算表明,气盘应具有很高温度,在X射线波段产生辐射。另一方面,黑洞的质量应大于中子星的质量上限,能够精确确定质量的是双星系统。因此,最有希望找到黑洞的是大质量X射线双星,尤其是天鹅座X-1。这是一个X射线变源,它有一个光学对应体,从这个9等超巨星的光谱得到视向速度的周期性变化,暗示一个不可见伴星的存在。进一步算出它的质量大于4太阳质量,很可能是8太阳质量,大于中子星的上限2~3太阳质量;另一个有希望的黑洞候选者是大麦哲伦云X-3,它也是一个X射线双星,其中不可见天体的质量也是8太阳质量。
参考资料:http://www.hongen.com/art/twdg/cyztm/tc0011.htm

黑洞的形成

中新网1月24日电以色列和美国的两位天体物理学家在23日出版的英国《自然》杂志上宣布,他们首次发现了类星体周围暗物质晕存在的证据,这将有助于解释类星体的一些特征和形成过程

黑洞是一种体积极小、质量极大的天体,在其强大的引力下,连光也无法逃逸。黑洞有大小之分,天文学家们通常将质量相当于太阳3.5倍至15倍的黑洞称为恒星级黑洞,这类黑洞据认为在大质量恒星垂死之际的猛烈超新星爆发中诞生。
黑洞的性质不能用常理的观念思考,但是它的原理中学生都能接受。黑洞形成的必要条件就是:一个巨大的物体,集申在一个极小的范围。晚期的恒星恰巧具备了这样的条件。当恒星能量衰竭时,高温的火焰不能抵消自身的重力,逐渐向内聚合,原子收缩——牛顿法则起作用了:恒星进入白矮星阶段,体积变小,亮度惊人。白矮星进一步内聚,最后突变城一个点,整个过程不到1秒。在我们看来恒星消失了,一个黑洞诞生了。

一个像太阳这样大的恒星自身引力如此之大,可能最终收缩成一个高尔夫球,甚至"什么都没有″。由于无限大的密度,崩坍了星体具有不可思议的引力,附近的物质可能被吸进去,甚至光线都不能逃脱——这是看不见它的原因。这个深不可测的洞,就被称为"黑洞″。科学家相信大多数星系的中心都有黑洞,包括我们身在其中的银河系。根据相对论,90%的宇宙都消失在黑洞里。所以一种令人吃惊的说法是:"无限的黑洞乃是宇宙的本身″。

黑洞里面有什么?只能从理论上推测。假如一位勇敢的人驾驶飞船奔向黑洞,他感觉到的第一件事就是无情的引力。从窗口望出去是周围星光衬托下一个平底锅似的圆盘,走得更近了,远方似乎宽广的"地平线″发出X光,包围着深不可测的黑洞。光线在附近扭曲,形成一个光环。这时宇宙员要返航已来不及了,双脚引着他向黑洞中心飞去,头和脚之间巨大的引力差使他如同坐在刑具台上,远在"地平线″以外3000英里,引力就把他撕碎了。

类星体是宇宙中最遥远、最明亮的天体,有的类星体释放出的能量超过1000个普通星系所释放能量的总和。对于类星体的本质,天文学家曾有过许多设想。目前比较流行的解释是,类星体是剧烈活动的星系核心,在那里存在着质量可能超过10亿颗恒星的超巨型中央黑洞,正在吞食周围的气体尘云。
但这个解释存在一定问题,类星体是非常遥远亦即非常古老的天体,有的类星体在百亿光年以外,它们的年龄必定超过一百亿年,否则其光芒便不可能到达地球。这意味着,一些类星体在宇宙大爆炸之后不到几十亿甚至十亿年就诞生了,这么短的时间不足以使星系和超巨型黑洞在原初气体尘云中诞生。
法国和阿根廷天文学家宣布,他们利用“哈勃”太空望远镜在银河系内观测到一个“逃跑”中的黑洞,为黑洞形成与超新星爆发之间的相关性提供了新的有力证据。
这个黑洞代号为“GRO J1655-40”,它似乎没有闲庭信步的情绪,而是像出膛的炮弹一样在飞奔,时速达到40万公里,相当于邻近恒星运动速度的5倍。
一些科学家利用暗物质来解决这个问题,他们认为星系不仅包含我们能观察到的物质,还包括大量无法看到的物质。目前人们尚不清楚暗物质究竟是什么,但它的引力作用对于星系的稳定存在很重要。如果类星体及其宿主星系周围存在暗物质晕,就可以解释为什么类星体出现得如此之快。
他们认为,作为超巨型黑洞的类星体吞食周围气体时,会与暗物质晕的边缘相撞,产生激波。撞击使气体迅速加热,气体中不带电的原子分解成为带电离子。类星体发出的光本来有一些会被气体吸收,只不过气体在离子化之后就变得透明了。类星体与暗物质晕撞击导致气体突然变得透明,会在类星体的光谱特征中反映出来。科学家表示,他们分析了两个遥远类星体的光谱之后,发现了理论所预示的这种变化。他们还据此估计出了有关暗物质晕和黑洞的大小。本回答被提问者采纳
第2个回答  2007-09-03
黑洞
black hole

广义相对论所预言的一种天体。一个质量比太阳大8倍以上的恒星,一般经过超新星爆发留下超过二、三个太阳质量的核,将没有任何力能阻止它继续坍缩。当它的半径小于引力半径rg=2GM/c2(G为万有引力常数,c为光速,M为天体的质量)时,没有任何物质或辐射能够逃逸出来,成为黑洞。黑洞的性质由三个参量来表征,即质量M、角动量J和电荷Q。当J=Q=0时,它是球对称的史瓦西黑洞;当Q=0时,则为轴对称的克尔黑洞。黑洞的性质决定了探测黑洞的困难性。如果向黑洞下落的气体具有较大的角动量,则应绕着黑洞在轨道上旋转,形成一个气盘。气盘中相邻层之间因气体的粘滞性引起的摩擦产生了热能,理论计算表明,气盘应具有很高温度,在X射线波段产生辐射。另一方面,黑洞的质量应大于中子星的质量上限,能够精确确定质量的是双星系统。因此,最有希望找到黑洞的是大质量X射线双星,尤其是天鹅座X-1。这是一个X射线变源,它有一个光学对应体,从这个9等超巨星的光谱得到视向速度的周期性变化,暗示一个不可见伴星的存在。进一步算出它的质量大于4太阳质量,很可能是8太阳质量,大于中子星的上限2~3太阳质量;另一个有希望的黑洞候选者是大麦哲伦云X-3,它也是一个X射线双星,其中不可见天体的质量也是8太阳质量。
第3个回答  2007-09-03
“黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”,其实不然。所谓“黑洞”,就是这样一种天体:它的引力场是如此之强,就连光也不能逃脱出来。

根据广义相对论,引力场将使时空弯曲。当恒星的体积很大时,它的引力场对时空几乎没什么影响,从恒星表面上某一点发的光可以朝任何方向沿直线射出。而恒星的半径越小,它对周围的时空弯曲作用就越大,朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。

等恒星的半径小到一特定值(天文学上叫“史瓦西半径”)时,就连垂直表面发射的光都被捕获了。到这时,恒星就变成了黑洞。说它“黑”,是指它就像宇宙中的无底洞,任何物质一旦掉进去,“似乎”就再不能逃出。实际上黑洞真正是“隐形”的,等一会儿我们会讲到。

那么,黑洞是怎样形成的呢?其实,跟白矮星和中子星一样,黑洞很可能也是由恒星演化而来的。

我们曾经比较详细地介绍了白矮星和中子星形成的过程。当一颗恒星衰老时,它的热核反应已经耗尽了中心的燃料(氢),由中心产生的能量已经不多了。这样,它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下,核心开始坍缩,直到最后形成体积小、密度大的星体,重新有能力与压力平衡。

质量小一些的恒星主要演化成白矮星,质量比较大的恒星则有可能形成中子星。而根据科学家的计算,中子星的总质量不能大于三倍太阳的质量。如果超过了这个值,那么将再没有什么力能与自身重力相抗衡了,从而引发另一次大坍缩。

这次,根据科学家的猜想,物质将不可阻挡地向着中心点进军,直至成为一个体积趋于零、密度趋向无限大的“点”。而当它的半径一旦收缩到一定程度(史瓦西半径),正象我们上面介绍的那样,巨大的引力就使得即使光也无法向外射出,从而切断了恒星与外界的一切联系——“黑洞”诞生了。

与别的天体相比,黑洞是显得太特殊了。例如,黑洞有“隐身术”,人们无法直接观察到它,连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。那么,黑洞是怎么把自己隐藏起来的呢?答案就是——弯曲的空间。我们都知道,光是沿直线传播的。这是一个最基本的常识。可是根据广义相对论,空间会在引力场作用下弯曲。这时候,光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播,但走的已经不是直线,而是曲线。形象地讲,好像光本来是要走直线的,只不过强大的引力把它拉得偏离了原来的方向。

在地球上,由于引力场作用很小,这种弯曲是微乎其微的。而在黑洞周围,空间的这种变形非常大。这样,即使是被黑洞挡着的恒星发出的光,虽然有一部分会落入黑洞中消失,可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球。所以,我们可以毫不费力地观察到黑洞背面的星空,就像黑洞不存在一样,这就是黑洞的隐身术。

更有趣的是,有些恒星不仅是朝着地球发出的光能直接到达地球,它朝其它方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球。这样我们不仅能看见这颗恒星的“脸”,还同时看到它的侧面、甚至后背!

“黑洞”无疑是本世纪最具有挑战性、也最让人激动的天文学说之一。许多科学家正在为揭开它的神秘面纱而辛勤工作着,新的理论也不断地提出。不过,这些当代天体物理学的最新成果不是在这里三言两语能说清楚的。有兴趣的朋友可以去参考专门的论著。

参考资料:http://www.hongen.com/art/twdg/cyztm/tc0011.htm

第4个回答  2007-09-07
知识介绍:
1、黑洞的含义; 黑洞,广义相对论所预言的一种特殊天体。它的基本特征是具有一个封闭的视界。视界就是黑洞的边界。外来的物质和辐射可以进入视界以内,而机界内的任何物质都不能跑到外面。
2、黑洞的起源;两质子星22亿年前相撞,今年5月射线才到达地球。天文学家们成功地观测到了两个密度极大的质子星相撞后,诞生一个密度相对小的黑洞,星体相撞的地点距离地球220万光年,所以实际上相撞事件发生在22亿年前,而撞击产生的伽马射线直到今年5月9日才到达地球。这些伽马射线的余晖是在9日夜里被美国航空航天局X射线观测卫星、“褐雨燕”(Swift)发现的,“褐雨燕”卫星于2004年11月进入太空,其主要任务是通过观察宇宙伽马射线爆发探究黑洞的起源。
3、黑洞的形成;黑洞是一种体积极小、质量极大的天体,在其强大引力的作用下,连光都无法逃逸。宇宙中已知的黑洞主要有超巨黑洞和小质量黑洞两类。
4、黑洞主要特征是:(1)这个区域有很强的磁场和引力,不断吞噬大量的星际物质,一些物质在它周围运行轨迹会发生变化形成圆形的气体尘埃环;(2)它有很大的能量,可以发出极强的各类射电辐射;(3)由于它极大的引力作用,光线在它附近也会发生弯曲变化。

参考资料:http://blog.sina.com.cn/wangcai8228

第5个回答  2020-05-21