黑洞的事件视界里发生了什么,它的生长与星系的演化有何关联?

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作者:文/虞子期

黑洞,作为任何事物都难以从其变乱视界中逃脱的天体,拥有无法相比的巨大引力,以至于该空间中的韶光曲率甚至大于光速。尽管科学家们至今也无法实现对黑洞举行直接观测,但这并妨碍它成为我们最感爱好的宇宙存在体之一。通过观察其吸积盘周围所散发出的热量和辐射发现,在绝大多数星系的中心,都隐蔽着一个我们看不到的超大质量黑洞,并且,它们自己的质量也存在着较大的差距。比如,科学家们通过星系GSN 069中心的强盛X射线爆发,意外发现了此中超大质量黑洞吞噬物质的特殊规律。那么,在黑洞的变乱视界里到底发生了什么,黑洞的生长与星系的演化又有哪些密不可分的接洽?

黑洞的变乱视界里发生了什么,它的生长与星系的演化有何关联?

具有特殊吞噬规律的超大质量黑洞

在星系GSN 069的中心,科学家们发现了一个定期消耗大量材料的超大质量黑洞,其吞噬物质的时间周期大约每次间隔9个小时。在此之前,研究人员仅在两个“恒星质量黑洞”中观察到过这一征象,而这个与地球相距2.5亿光年的黑洞,其质量达到了太阳质量的40万倍左右。简而言之,该黑洞每天所吞噬的物质相当于12颗卫星,而每一次的材料消耗都达到了大约100亿(亿磅)。科学家们将这样的征象称为X射线准周期性喷发,并对其具有特殊周期性爆发的变乱,举行了长达54天以上的追踪,提供了超大质量黑洞中流入物质后反复减速和加快的观察时机。在黑洞的爆发期间和安静期间,X射线的亮度差别达到了20倍左右,而气体温度也从安静时期的大约100万华氏度上升到了爆发时的250万华氏度左右。

科学家们认为,之以是黑洞能够发出云云强烈的X射线,是因为其已完全撕裂、又或是正在逐步消耗材料。尽管,黑洞在消耗了物质之后产生了气体并不是什么新的发现,但是,或许你有所不知,由于很难将这些热气体与黑洞周围的物质盘关联起来。因而,它们的开端自己就是一个困扰已久的谜团,只有通过研究这样的超大质量黑洞,才能得以获取这些反复消失和形成的热气体的紧张线索。而星系GSN 069中黑洞所呈现出的异通例律性,很可能意味此中的循坏在重复,当盘中的能量积累到使它变得不再稳定,物质便开始迅速落入该黑洞中产生爆发,而这统统,都与黑洞的变乱视界密切相干。

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在黑洞变乱视界里到底发生了什么

究竟上,黑洞的变乱视界,指的是某个物体必要超过怎样的速度,才能逃脱来自黑洞的巨大引力,以克制自身被撕裂的运气。就其本质而言,它与物体的逃逸速度直接相干,它就像是黑洞周围的一个“阈值”,且逃逸速度必须超过光速。当物体和黑洞之间的间隔越来越近,那么,想要不被这股巨大引力牵扯、所必要的速度值也随之变得更大。然而,从狭义相对论来看,并没有什么物体可以在穿越太空的时间,达到比光速更快的速度。也就是说,任何事物都难以从黑洞的变乱视界返回,这同时也意味着,我们无法眼见在此界限中发生的统统。其实,一个黑洞能产生的引力强度,会由其自己的质量,以及它与物质之间的间隔一起决定,当质量大致相当的时间,拖船越强盛、便意味着间隔越靠近。

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而黑洞的变乱视界大小,则完全取决于该黑洞自己的质量,我们可以通过一组数字来具体感知。比如,当一颗地球般大小的星球被压缩为黑洞,那么,它将成为一个比硬币略小、直径大约只有17.4毫米的黑洞;而当太阳一样寻常大小的恒星也被压缩为黑洞,那么,它就像一个乡村一样、可以成为一个直径5.84公里左右的黑洞。当然了,科学家们平时所观察到的黑洞都远比这两个大得多,比如,位于我们银河系中心的超大质量黑洞射手座A *,其直径便达到了1270万公里左右,且它的质量更是太阳质量的大约430万倍。

科学家们在对黑洞举行长时间研究之后,假设条件从无旋转举动演变为通常都会旋转,而关于黑洞的奇点的界说,也随之从最基本模子中的一个具体的点,转变为现在模子中无限细的环。因而,旋转黑洞中的变乱视界也应该是椭圆形,其周围的时空因为拖拽效应而随之旋转,并且,其变乱视界也被分为了内部变乱视界和外部变乱视界两个部门。就物质到能量的转化这个角度而言,黑洞的旋转特性可以使其对落入此中的物质举行更有用的转化,而它可以通过转化得到的能量,足以达到物质自己质量的42%。众所周知,险些所有大型星系的中心,都存在着超大质量黑洞,它们的能量可以对该星系的演化带来巨大影响,因此,相识黑洞周围的环境,以及它的生长与星系演化之间的关系,对于解答宇宙中的众多疑惑而言都是至关紧张的。

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黑洞的生长和星系的演化密切相干

为了对黑洞增长与星系质量之间的关联有正确认知,科学家们使用了GOODS(大天文台开端深度测量)超过30000个星系的数据,并结合了通过COSMOS(宇宙演化观察)获取到的500000多个星系世界。从这些和地球相距43到122亿光年远的星系来看,那些更大的星系能够相对更有用的滋养黑洞的生长,因而,那些较大的星系也会产生质量更大的黑洞。与此同时,科学家们再次将目标范围缩小到与地球相距不超过35亿光年的星系,并通过对这72个明亮星系团的研究发现,这些黑洞的实际大小比通过传统方式所猜测的要大十倍左右。简而言之,星系和此中的黑洞的发展,并不会永远都是一个看上去很匹配的聚集。

在对黑洞和星系举行的相干研究中,科学家们都将两者之间的关系作为紧张的一个内容部门,而此中的原因主要有两点。其一:星系的形成规律,可以通过黑洞和星系之间的任何恒定关系得到更好的表明;其二:科学家们可以根据此中一个的大小,计算得出另一个的质量,比如,确定该星系中超大质量黑洞的质量。固然,较星系的团体大小而言,黑洞会显得相对更加渺小,但黑洞的生长却与星系的大小密切相干,黑洞的生长会因为星系的质量越大而速度越快,而那些最大的黑洞的生长速度,甚至会超过其星系自己。比如,在X射线光下的Hercules A星系中心,该星系中的黑洞在吞噬物质时产生了巨大的紫色云,而这个超大质量黑洞的大小,甚至达到了银河系中心的黑洞质量的1000倍左右。

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关于黑洞的早期理论和今世观念

早在1783年的时间,业余天文爱好者牧师约翰·米歇尔就意识到,对于那些充足大、且紧凑的物体而言,逃逸速度将远不止于光速。于是,他基于艾萨克·牛顿定律的重力,提出了“暗中的恒星”这个想法,这是一颗会具有特殊发光方式的恒星,光线也会因为被拉向恒星而无法逃脱。然而,被普遍认为首次提出暗星想法的人,他是皮埃尔·西蒙·拉普拉斯,他在几年之后也独立得出了相同的结论。而黑洞的今世观念,则利用了爱因斯坦的广义相对论,由德国天文学家卡尔施瓦兹希尔德所开辟,即:当物质被压缩到某一点、并被球形地区困绕的时间,包罗光在内的任何物质都不再具有逃脱的能力,而这一的限制地区被称为黑洞的变乱视界。

黑洞具有电荷、旋转和质量这三个参数表征,也可根据质量将其分为原始黑洞、恒星质量黑洞、中间质量黑洞,以及超大质量黑洞四种主要范例。而从黑洞的旋转和电荷这两个属性的角度来看,黑洞又可以被分为静态黑洞(无电荷且不旋转)、克尔黑洞(没有电荷的旋转黑洞),以及带电黑洞(旋转和无旋转的带电荷的黑洞)三种。简朴的从理论模子来看,似乎黑洞可以自形成以后永远持续生长,但黑洞也会有自己的寿命,它们终极都会因为霍金辐射而蒸发,而此中质量相对更小的黑洞会具有更快的蒸发速度。由于辐射也不能逃脱黑洞的极端引力,因此我们很难获取黑洞的观察证据,只能从高能征象、以及附近物体的运动中获取推断信息。

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