什么是黑洞
“黑洞”,又称“坟星”,是天文学名词。按照现代恒星演化理论,当一颗大质量的恒星在核燃烧的燃料耗尽时,逐渐转入收缩(超新星爆发之后恒星就会急剧坍缩),当恒星迅速坍缩时,物体快速向中心坠落。随着星体坍缩,星体本身的引力会变得越来越强。据测算,从1.5倍引力半径开始坍缩算起,星体百分之一秒后就完全消失了,最终变成一个连光线也无法逃逸的黑洞。这是因为它那极其强大的引力场所致。不仅如此,黑洞强大的引力场还能完全摧毁其内部的一切物体,故黑洞内部不存在任何物质,这在科学界被戏称为“黑洞无毛定理”。正因为如此,人们将它戏称为宇宙中“最自私”的天体。
天文学家经过研究,认为宇宙中的黑洞具有不同的质量和大小。如果从半径70万千米的太阳表面发射一艘宇宙飞船,它要想彻底“逃离”太阳的引力,其发射的初速至少要达到每秒618千米。如果太阳不断地收缩,它的物质密度会随之变得越来越大,其半径则不断变小。这时,太阳表面有越来越强的引力场,其逃逸速度也必须变得越来越快。倘若太阳缩成一个半径仅为3千米的球体,随着引力强度增大,其逃逸速度就会达到甚至超过每秒30万千米的光速。这样,太阳也就变成了一个黑洞,连光也无法从其中逃离。
此外,“黑洞”还有一个基本特征,那就是它具有一个封闭的“视界”。外界的物质和辐射可以进入视界,而这些物质和辐射一旦进入视界,就再也无法跑出来。英国剑桥大学的著名物理学家霍金提出:黑洞在形成之初,其视界的形状既不稳定,又无规则,零点几秒过后,视界就成为一种恒定不变的规则形状。如果黑洞是不旋转的球对称形,则视面为球面;若是旋转轴对称形,则视面的两极较扁,形似地球,黑洞的角动量和质量决定其扁的程度。科学家指出,角动量、质量和电荷这三个量可用来描述“黑洞”的所有性质。
黑洞的构造
所有的黑洞基本结构相同,中心的奇点部分被一个不可见的边界围着,我们称它为“视界”,没有东西可以从里面逃出来。视界的尺码叫史瓦西半径,它的名字得自于一个认识到它重要性的物理学家。旋转的黑洞就更复杂了。
虽然科学家们无法直接观测到黑洞,但他们根据自己对“黑洞”的理论分析,都可以通过其附近天体的运动变化,推测前者是否有存在的可能。另外,当物质在接近而尚未抵达黑洞的视界时,它们会形似喇叭状或盘状,在黑洞外围高速旋转,并因摩擦而产生高温,会有强大的高能X射线从其中释放出来。所以,人类可以通过探测X射线来获得黑洞存在的重要线索。在一次探测实验中,有一种奇特的强X射线源被天文学家在天鹅座附近发现,后来这种射线源被命名为“天鹅X-1射线源”。一颗大小是太阳20倍的亮星与之彼此围绕着旋转,所以由此可估计这个黑洞的质量要比太阳大8倍。另外,一个名叫M87的椭圆星系也被科学家观测到,其附近很有可能有一个更加巨大的黑洞,质量大约是太阳的90亿倍。“黑洞”很有可能存在于宇宙中的关键天体,这种观点得到了许多天文学家的认同。 一些天文学家推断,在我们的银河系中存在一个质量相当于500万个太阳质量的巨大“黑洞”,引力足以吸引成千上万颗恒星,这些在银河系周围飞速旋转的恒星和气体,形成一个庞大的整体,从而构成了浩瀚无边的银河系。
因此弄清宇宙的结构、天体的起源等一系列大问题,对深入研究“黑洞”非常有必要。
虽然,神秘莫测的“黑洞”至今对人类仍然是一个难解之谜,但是,随着科学技术的进步,人类终将在不久的将来解开这一宇宙之谜。