黑洞是宇宙掠奪者嗎
黑洞是什麼
黑洞很容易讓人望文生義地想象成一個“大黑窟窿”,其實不然。所謂“黑洞”,就是這樣一種天體:它的引力場是如此之強,就連光也不能逃脫出來。
黑洞不讓其邊界以內的任何事物被外界看見,這就是這種物體被稱為黑洞的緣故。我們無法通過光的反射來觀察它,隻能通過受其影響的周圍物體來間接了解黑洞。雖然這麼說,但黑洞還是有它的邊界,即“事件視界”。據猜測,黑洞是死亡恒星的剩餘物,是在特殊的大質量超巨星坍塌收縮時產生的。另外,黑洞必須是一顆質量大於錢德拉塞卡極限的恒星演化到末期而形成的,質量小於錢德拉塞卡極限的恒星是無法形成黑洞的。
黑洞其實也是個星球,隻不過它的密度非常大,靠近它的物體都被它的引力所約束,不管用多大的速度都無法脫離。對於地球來說,以第二宇宙速度每秒11.2千米飛行就可以逃離地球。但是對於黑洞來說,它的第二宇宙速度之大竟然超越了光速,所以連光都跑不出來,於是射進去的光沒有反射回來,我們的眼睛就看不到任何東西,隻是黑色一片。
黑洞的形成
根據廣義相對論,引力場將使時空彎曲。當恒星的體積很大時,它的引力場對時空幾乎沒什麼影響,從恒星表麵上某一點發的光可以朝任何方向沿直線射出。而恒星的半徑越小,它對周圍的時空彎曲作用就越大,朝某些角度發出的光就將沿彎曲空間返回恒星表麵。等恒星的半徑小到一特定值,天文學上叫“史瓦西半徑”時,就連垂直表麵發射的光都被捕獲了。到這時,恒星就變成了黑洞。說它“黑”,是指它就像宇宙中的無底洞,任何物質一旦掉進去,“似乎”就再也不能逃出。實際上黑洞真正是“隱形”的。
那麼,黑洞是怎樣形成的呢?其實,跟白矮星和中子星一樣,黑洞很可能也是由恒星演化而來的。
當一顆恒星衰老時,它的熱核反應已經耗盡了中心的燃料——氫,由中心產生的能量已經不多了。這樣,它再也沒有足夠的力量來承擔起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下,核心開始坍縮,直至最後形成體積小、密度大的星體,重新有能力與壓力平衡。
質量小一些的恒星主要演化成白矮星,質量比較大的恒星則有可能形成中子星。而根據科學家的計算,中子星的總質量不能大於3倍太陽的質量。如果超過了這個值,那麼將再沒有什麼力能與自身重力相抗衡了,從而引發另一次大坍縮。
根據科學家的猜想,物質將不可阻擋地向著中心點進軍,直至成為一個體積趨於零、密度趨向無限大的“點”。而當它的半徑一旦收縮到一定程度,正像我們上麵介紹的那樣,巨大的引力就使得即使是光也無法向外射出,從而切斷了恒星與外界的一切聯係——黑洞誕生了。
黑洞的本領
與別的天體相比,黑洞顯得太特殊了。例如,黑洞有“隱身術”,人們無法直接觀察到它,連科學家也僅僅是對它內部結構提出各種猜想。那麼,黑洞是怎麼把自己隱藏起來的呢?答案就是——彎曲的空間。我們都知道,光是沿直線傳播的。這是一個最基本的常識。可是根據廣義相對論,空間會在引力場的作用下彎曲。這時候,光雖然仍沿任意兩點間的最短距離傳播,但走的已經不是直線,而是曲線。形象地講,好像光本來是要走直線的,隻不過強大的引力把它拉得偏離了原來的方向。
在地球上,由於引力場作用很小,這種彎曲是微乎其微的。而在黑洞周圍,空間的這種變形非常大。這樣,即使是被黑洞擋著的恒星發出的光,雖然有一部分會落入黑洞中消失,可另一部分光線會通過彎曲的空間中繞過黑洞而到達地球。所以,我們可以毫不費力地觀察到黑洞背麵的星空,就像黑洞不存在一樣,這就是黑洞的“隱身術”。