为何说宇宙中最可怕的东西是黑洞?天文学家解释原因

黑洞–太空中引力强大到没有东西可以逃脱的区域–是最近新闻中的一个热门话题。罗杰·彭罗斯在2020年获得了诺贝尔物理学奖的一半奖金,因为他的数学工作表明,黑洞是爱因斯坦引力理论的一个不可避免的结果。安德烈亚·盖兹和莱因哈德·根泽尔分享了另一半奖金,因为他们证明了一个巨大的黑洞位于我们银河系的中心。

黑洞是可怕的,原因有三。如果物质掉进一颗恒星死亡时留下的黑洞,会被撕碎。另外,在所有星系中心看到的巨大黑洞都有“贪得无厌的胃口”。而黑洞是物理学规律被抹去的地方。

亚利桑那大学天文学杰出教授Chris Impey研究黑洞已经超过30年了。Impey特别关注潜伏在星系中心的超大质量黑洞。大多数时候它们是不活跃的,但当它们活跃起来并吞噬恒星和气体时,靠近黑洞的区域会比承载它们的整个星系更加耀眼。黑洞活跃的星系被称为类星体。在过去的几十年里,我们对黑洞有了充分的了解,但仍有许多谜团有待解开。

当一颗大质量恒星死亡时,预计会形成黑洞。在恒星的核燃料耗尽之后,它的核心会坍缩成可以想象的最密集的物质状态,比原子核的密度大一百倍。那是如此密集,以至于质子、中子和电子不再是离散的粒子。由于黑洞是黑暗的,它们在围绕正常恒星运行时被发现。正常恒星的特性使天文学家能够推断出它的黑暗“同伴”–黑洞的特性。

第一个被证实的黑洞是Cygnus X-1,它是天鹅座中最亮的X射线源。从那时起,大约有50个黑洞被发现在正常恒星围绕黑洞运行的系统中。它们是预计散布在银河系中的大约1000万个黑洞中最近的例子。

为何说宇宙中最可怕的东西是黑洞?天文学家解释原因

黑洞是物质的“坟墓”;没有什么能逃出它们,甚至光也不能。任何人落入黑洞的命运将是痛苦的意大利面化(spaghettification),这是霍金在他的《时间简史》一书中推广的一个想法。

在过去的30年里,哈勃太空望远镜的观测结果表明,所有的星系在其中心都有黑洞。更大的星系有更大的黑洞。大自然知道如何在一个惊人的质量范围内制造黑洞,从几倍于太阳质量的星体“尸体”到数百亿倍的“怪物”。

天文学家此前公布了有史以来第一张黑洞及其事件视界望远镜的照片,这是一个位于M87椭圆星系中心的“怪物”黑洞,其质量是太阳的70亿倍。

它比我们银河系的黑洞大一千多倍,其发现者获得了今年的诺贝尔奖。这些黑洞在大多数时候都是黑暗的,但是当它们的引力把附近的恒星和气体拉进来时,它们就会爆发出强烈的活动,并释放出大量的辐射。大质量黑洞在两个方面是危险的。如果靠得太近,巨大的引力会把物质等吸进去。如果它们处于活跃的类星体阶段,就会被高能量的辐射所轰击。

迄今为止发现的最大黑洞的重量是太阳质量的400亿倍,或太阳系大小的20倍。它的外缘以一半的光速移动。像所有的黑洞一样,巨大的黑洞被一个事件视界所遮挡。在它们的中心是一个奇点,一个空间中密度无限的点。

关于大质量黑洞的好消息是,虽然它们的重力更强,但拉伸力比小黑洞要弱。坏消息是,事件视界标志着深渊的边缘。没有什么能从事件穹界内逃脱。根据霍金的说法,黑洞正在慢慢蒸发。在宇宙的遥远未来,在所有恒星都已死亡,星系被加速的宇宙膨胀从视野中拉开后很久,黑洞将是最后幸存的天体。

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