最“好吃”的天體

在宇宙中有一種天體，它質(zhì)量很大很大，體積卻很小很小；它“胃口”很好，可以吞噬接近它的一切物體，甚至連光也無法從它的勢(shì)力范圍逃脫。人們看不見它，所以就給它取了個(gè)名字——黑洞。黑洞到底是一種什么樣的天體呢？一起來認(rèn)識(shí)一下吧。

黑洞，從科幻世界走向現(xiàn)實(shí)

星體的質(zhì)量越大其引力也越大，某些天體的引力大到極致，就連光線也會(huì)被吞噬進(jìn)去。200多年前，就有人提出過宇宙中存在著黑洞之類天體的猜想。

100多年前，愛因斯坦的廣義相對(duì)論的出現(xiàn)，為這個(gè)猜想得到確認(rèn)做好了理論準(zhǔn)備?？枴な吠呶鬟\(yùn)用愛因斯坦方程式，提出了一個(gè)觀點(diǎn)。這個(gè)觀點(diǎn)認(rèn)為，質(zhì)量巨大的星體一旦縮小到某種程度，即使光線也無法射出。這一觀點(diǎn)，從物理學(xué)角度預(yù)言了黑洞的存在。

20世紀(jì)30年代，人們已經(jīng)知道了恒星（如太陽）的能量（如光、熱）是由核反應(yīng)產(chǎn)生的。如果想進(jìn)一步了解星體的一生，那么，黑洞是否存在，就急需被確定。有人猜測(cè)說，恒星在晚期時(shí)，會(huì)發(fā)生超新星爆炸，中心殘留的星體會(huì)無限聚縮，這在科學(xué)家中間已經(jīng)得到廣泛的認(rèn)同，但對(duì)于一般人而言，黑洞還只是科幻世界中的東西。直到50多年前，X射線天文學(xué)的出現(xiàn)，黑洞才被大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為是真實(shí)存在的。

“白洞”是什么洞

黑的反義詞是白。那既然有只“進(jìn)”不出的黑洞，是否其對(duì)立面還有一個(gè)只“出”不進(jìn)的白洞呢？

在廣義相對(duì)論里，就預(yù)言了一種性質(zhì)正好與黑洞相反的特殊天體——白洞。按照白洞理論，白洞是宇宙中的噴射源，可以向外部區(qū)域提供物質(zhì)和能量，但不能吸收外部區(qū)域的任何物質(zhì)和輻射，因此白洞是一個(gè)只發(fā)射、不吸收的特殊天體，與黑洞正好相反。

白洞目前還僅是一種理論模型，尚未被觀測(cè)到，因此目前還無法證實(shí)。

恒星到了晚期就可能變成黑洞

恒星因核反應(yīng)產(chǎn)生光芒，晚期因燃料耗盡，無法繼續(xù)核反應(yīng)而終結(jié)一生，黑洞被認(rèn)為是恒星“死亡姿態(tài)”的一種。

質(zhì)量相當(dāng)于太陽8倍左右的恒星一旦耗盡了核反應(yīng)材料，會(huì)變成巨大的紅色天體“紅色巨星”，其星體會(huì)向周圍膨脹，形成行星狀星云，中心部分成為白矮星，其密度高達(dá)每立方厘米10噸。也就是說，像一粒大花生米的物質(zhì)就有10噸重。

質(zhì)量相當(dāng)于太陽20倍左右的恒星到了晚期，即使變成了紅色巨星，其中心部分還繼續(xù)著核反應(yīng)，最終只殘留下由鐵構(gòu)成的中心核。如果核反應(yīng)無法再持續(xù)下去，星體就會(huì)受到自身引力的作用，開始塌陷，鐵的原子核被壓破，電子和質(zhì)子聚合成中子，星體中心部分成為中子核。隨后，由于重力作用，周圍的物質(zhì)被中心核所吸引，但又被中子的能量劇烈激飛——這就是超新星爆發(fā)，殘留的中心核就成了中子星。

質(zhì)量比太陽大20倍以上的恒星，其重力超過了中子的能量，超新星爆發(fā)后，中心核繼續(xù)收縮。這種收縮以勢(shì)不可當(dāng)?shù)牧α恳恢背掷m(xù)著，在接近其中心部分，達(dá)到了連光線也無法逃逸的境界，于是黑洞就誕生了。

無限收縮的中心核，有著超乎想象的密度。舉例來說，如果太陽要變成黑洞的話，在質(zhì)量保持不變的情況下，其體積要壓縮到直徑只有6千米， 如果是地球的話，那就必須壓縮到直徑1厘米的大小。

黑洞也是一種天體

如果太陽的質(zhì)量不變，即使收縮變成黑洞，太陽系中的行星在其軌道上也不會(huì)受到影響。質(zhì)量相同，從引力這一點(diǎn)來看，恒星和黑洞是一樣的。

離星體中心的距離不同，物體受到的引力也不一樣，越接近中心，受到的引力也就越大。如果離質(zhì)量相同的星體和黑洞的距離相等，受到的引力也相同。但是，一般星體和黑洞有個(gè)決定性的區(qū)別：星體的直徑都較大，距離星體越近，引力就會(huì)變得越強(qiáng)，直到到達(dá)了星體的表面后，引力的增加也就到此為止了。而黑洞的密度極大，體積很小，可能成一個(gè)點(diǎn)，所以可以無限地接近，因此物體感受到的引力也就比星體強(qiáng)大得多，以致連光線也無法逃脫的超強(qiáng)重力領(lǐng)域，這是黑洞獨(dú)有的特征。

看不見卻能找得到

黑洞雖然真實(shí)存在，但因?yàn)槠洳豢梢?，所以人們無法直接找到它。但是，黑洞周圍的物質(zhì)（如氣體）受其重力的吸引，圍繞著黑洞旋轉(zhuǎn)形成吸積盤。旋轉(zhuǎn)的氣體相互摩擦被加熱，吸積盤放射出X射線發(fā)出強(qiáng)烈的光芒。根據(jù)X射線天文衛(wèi)星的觀測(cè)，我們可以得知“看不見的天體”真實(shí)存在著。

另外，黑洞超強(qiáng)的引力，在某些環(huán)境會(huì)產(chǎn)生劇烈的物理現(xiàn)象：它不光會(huì)吞吸物質(zhì)，也會(huì)激噴出一部分物質(zhì)（噴氣）。電波觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，在宇宙的許多地方都有這種噴發(fā)現(xiàn)象，這有助于黑洞的發(fā)現(xiàn)。

銀河系中心，也許存在著巨大的黑洞

我們介紹了恒星的末期形態(tài)——質(zhì)量比太陽大幾倍到幾十倍的黑洞。但銀河中還存在著質(zhì)量比太陽的質(zhì)量大100萬倍、1 000萬倍、幾十億倍的超大黑洞。這些超級(jí)黑洞不是由一顆恒星所能誕生的，它們是存在于銀河中心的黑洞。1990年以來，銀河中心存在著巨大的黑洞，這一觀點(diǎn)逐漸得到了確認(rèn)。但它是如何產(chǎn)生的，目前還不是很清楚。

我們知道，銀河中心地帶有恒星在高速旋轉(zhuǎn)著。這些恒星沒有到處飛散，其中心就必定存在著擁有巨大質(zhì)量的天體?？茖W(xué)家認(rèn)為這應(yīng)該是超巨大的黑洞。

黑洞可能是與銀河的誕生和發(fā)展極為相關(guān)的重要天體。

來源｜《科學(xué)大眾·小諾貝爾》