01
“黑洞”这个词很容易让人联想到“大黑窟窿”,其实不然,黑洞不仅不是一个空空如也的大窟窿,而且它的质量和密度之大,产生的引力之强,就连光也不能从中逃脱。
黑洞如何形成
之所以被称作黑洞,是因为它会将包括光在内的位于它边界内的一切事物吞噬,我们看不到它的存在。我们要了解它,只能通过受到它影响的周围物体来间接了解。
当一颗恒星衰老时,它的热核反应已经耗尽了中心的燃料,它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。在外壳的重压之下,核心就会开始坍缩,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。如果其总质量大于三倍太阳的质量,就会引发一次大坍缩。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,巨大的引力就使得即使光也无法向外射出,黑洞就诞生了。
非星黑洞
英国天体物理学家史蒂芬霍金还提出,存在另一种类型的非星黑洞。根据他的理论,大爆炸期间,
宇宙处在极高的温度和极大的密度状态,那时有可能产生为数众多的微型原生黑洞。但这种微型黑洞和大质量黑洞不同,它们不断地损失质量直到消失。在一个微型黑洞的极近处,可以形成诸如质子和反质子这类粒子。当一个质子和一个反质子从微型黑洞的引力中逃逸,它们就会湮灭并产生能量。也就是说,它们从黑洞中带走了能量。如果这一过程一再重复,微型黑洞则耗损掉它的全部能量,最终就是黑洞被“蒸发”了。
恒星的死亡
(1)恒星在动态均衡中燃烧几十亿年,发出光和热
(2)恒星烧尽了它的燃料,氢全变成了氦,辐射也没了。恒星可能会发生爆炸,形成红巨星或超新星。
(3)引力再次压缩,再没有和它相抵抗的力了。后面会发生什么,取决于恒星的初始质量。如果恒星质量大于3倍太阳质量,那么就没什么可以阻止恒星收缩成黑洞了。恒星将完全坍缩,直至从人们视线中消失。如果恒星质量大于1.4倍太阳质量,引力将胜过电子的斥力,将电子推进原子核内,电子就会和质子结合形成中子。如果恒星质量小于3倍太阳质量,中子的斥力就会阻止收缩。
02
类星体那么小的体积为什么能发出巨大的能量,为了解释这个疑团,科学家们提出了许多理论模型,活动星系核模型就是其中之一。
活动星系
活动星系又称激扰星系,有一个处于剧烈活动状态的核。活动星系核在许多方面都与类星体相似,比如它的体积也很小,光谱中也有很强的发射线,发出各种波段的辐射,经常有光变和爆发现象等等。
有科学家认为,类星体可能是某种活动星系,观测到的类星体现象是星系核的活动,由于它的光芒过于明亮,掩盖了宿主星系相对暗淡的光线,所以宿主星系之前并没有引起人们的注意。当然,类星体的内部活动会比一般的活动星系更为剧烈,功率更大。
类星体的核心是黑洞
活动星系核模型认为,类星体的核心位置有一个超大质量的黑洞,在黑洞强大的引力作用下,附近的尘埃、气体以及一部分恒星物质围绕在黑洞周围,形成了一个高速旋转的巨大的吸积盘。
在吸积盘内侧靠近黑洞视界的地方,物质掉入黑洞里,伴随着巨大的能量辐射,形成了物质喷流。而强大的磁场又约束着这些物质喷流,使它们只能够沿着磁轴的方向,通常是与吸积盘平面相垂直的方向高速喷出。如果这些喷流刚好对着观察者,就会被观测到。
类星体与一般的那些“平静”的星系核的不同之处在于,类星体是年轻的、活跃的星系核。由类星体具有较大的红移值,距离很遥远这一事实可以推想,我们所看到的类星体实际上是它们许多年以前的样子。随着星系核心附近“燃料”逐渐耗尽,类星体将会演化成普通的旋涡星系和椭圆星系。
类星体的各种模型
(1)黑洞假说:类星体的中心是一个巨大的黑洞,它不断地吞噬周围的物质,并且辐射出能量。
(2)
白洞假说:与黑洞一样,白洞同样是广义相对论预言的一类天体。与黑洞不断吞噬物质相反,白洞源源不断地辐射出能量和物质。
(3)反物质假说:认为类星体的能量来源于宇宙中的正反物质的湮灭。
(4)巨型脉冲星假说:认为类星体是巨型的脉冲星,磁力线的扭结造成能量的喷发。
(5)近距离天体假说:认为类星体并非处于遥远的
宇宙边缘,而是在银河系边缘高速向外运动的天体,其巨大的红移是由和地球相对运动的多普勒效应引起的。