黑洞是宇宙中最神祕、最不尋常的現象。在它的空間深處,隱藏著許多人類尚無法了解的秘密。
這些空間物體的物理特性被認為是難以理解和奇怪的。從科學的角度來看,它們一直引起世界各地天文學家和物理學家的極大興趣。
由於最新技術,今天不僅可以發展出各種暗示黑洞結構的科學理論,還可以成功地將它們應用於實踐。
天文物理學家最近獲得了這種獨特時空結構的第一張圖像。
什麼是「黑洞」?
儘管名字如此神秘,但就其特徵和結構組成而言,黑洞是宇宙中最簡單的宇宙物體之一。它們只有兩個基本參數——比重和轉速。
天體物理學中有一種假設,認為這種現像是恆星演化轉變的最終過程。在天體生命的最後階段,會發生爆炸,結果是在其中心部分出現黑洞。天文物理學家將這種方式獲得的新宇宙形態稱為「事件視界」。
值得注意的是,這個物體沒有實體外殼。只有距離中心區域一定距離、不受重力影響的部分空間才會充當它。
當任何宇宙物體或光進入事件視界時,由於強大重力場的影響,它們將永遠無法逃離黑洞。
為什麼「黑洞」有這樣的名字?
這種時空現象之所以稱為時空現象,是因為它能夠完全吸收光波。因此,在視覺層面上是無法看見的。
黑洞只有在一種條件下才能被看到,即在事件視界附近有一層特殊物質(例如氣體)的外殼。
這個物體仍然可以清楚地看到,因為它吸收了附近恆星的物質和能量。
沒有其他方法可以偵測黑洞,因為使用任何儀器都無法看到它。
然而,儘管黑洞能夠完全吸收光能而不以任何方式反射它,但科學家認為這些太空物體仍然具有發光的特性。
在它們存在期間,它們能夠將某些最簡單類型的粒子發射到外太空。其中大部分是光子電磁波。
從物理角度來看,這種現象可以被認為是逐漸蒸發。然而,它的存在僅被認為是一種理論上未經證實的假設,在科學界被稱為「霍金輻射」。
黑洞只有在相互接觸時才能被注意到,因為這個過程伴隨著引力可見光波的發射。
這些宇宙現象的形成主要取決於它們的特定質量。在此基礎上,黑洞分為幾類:質量黑洞-質量比太陽系大數百萬倍;環日黑洞-重量略大於太陽質量。
黑洞空間的尺寸與其特定質量的值成正比。此物體的權重指標越高,事件視界寬度參數越大。
基於實驗研究,天文物理學家已經證明了這樣的理論假設:環日類黑洞非常古老,可能是在宇宙起源階段形成的。
它們很可能是由於參數比太陽系大小約 50 倍的恆星壓縮過程而形成的。恆星還原階段一結束,它就爆炸了,在中心區域形成了一個黑洞。
屬於大質量黑洞的黑洞通常是由巨大的氣體雲產生的。它們的質量足以形成巨大的黑洞,重量也很大,超過太陽系質量數百萬倍。
形成這個黑洞的關鍵材料是被壓縮到最小尺寸的氣體雲。還有一種假說認為,銀河系中的這種天體現像是由於一顆巨大恆星的爆炸而形成的。
人馬座黑洞和銀河系在穿越視界邊界時不斷吸引來自太空的各種物體或物質。因此,黑洞的尺寸逐漸變大。
黑洞有什麼結構?
外太空中存在的每個黑洞都可以繞軸旋轉。同時,這些物體的形狀和外觀很大程度上取決於速度限制。
如果黑洞旋轉緩慢,它將具有球形結構。如果它以盡可能高的速度旋轉,那麼在這種情況下,它的極點會變平並呈現橢圓形。如今,還沒有技術能夠確定這些空間物體的確切配置。
世界各地的天文物理學家正在做許多嘗試來確定黑洞空間內的物質。但直到現在還沒有人能夠發現這一點。
眾所周知,物理定律無法在黑洞的中心部分運作。外層空間曲率趨於無窮大的事實也已被證明。
目前,最合理的假設是奇點位於黑洞中間。
黑洞的結構是什麼?
事件視界是一個特殊的邊界,任何物體穿過它都會處於重力場中。
奇點是黑洞的特殊內部填充。科學家仍然無法確定它的成分。唯一發現的就是它內部存在時空扭曲,並且沒有物理定律的運作。
當黑洞旋轉時,在事件視界附近的區域會形成能層。裡面的空間物體與它的運動方向相同。
在這種情況下,觀察到的吸引力微不足道。但這不足以將這些物質引入奇點區域。因此,周圍的物體可以自由地離開能層的空間。
黑洞的重量越大,其密度越低。這個因素的解釋是,隨著該物體重量的增加,其空間體積也相應增加。
黑洞有哪些種類?
在太空探索過程中,太空人能夠辨識出幾種類型的黑洞。它們每個都有自己的特點和屬性。
恆星質量黑洞
這種類型的黑洞是由於恆星中燃料能量的燃燒而形成的。如果熱核過程在這些天體內部停止,它們就會因強大的引力而冷卻和收縮。
當這個過程在任何階段停止時,黑洞就會轉變為中子星。透過持續的這樣的作用,恆星透過引力轉變成黑洞。
超大質量黑洞
這些黑洞以其巨大的質量和大尺度而聞名。此外,之前假設它們的參數要小得多。
例如,根據第一個版本,位於銀河系中央部分的黑洞M87的質量為30億太陽系質量。但仔細一看,發現這個數字高很多。
為了能夠在浩瀚的太空中旋轉恆星體,黑洞的特定質量必須達到 65 億太陽系質量。
科學家發現,巨大的黑洞主要位於銀河系的中心區域,是銀河系的核心。
原初黑洞
這些宇宙物體在宇宙空間中的存在如今是一個未經證實的事實。有一種說法認為,這類黑洞是在銀河系誕生階段,在重力場的超緻密物質中形成的,其振動強烈,違反了均質性。
如果我們假設原始黑洞確實存在,那麼它們的重量很可能微不足道,小於太陽的質量。
量子黑洞
這些太空物體只能透過核反應形成,並伴隨著釋放大量能量,約超過10^26 eV。但時至今日,人類仍未能克服這個數字。因此,量子黑洞只存在於科學家的理論版本。
有一種假設認為,這些現象可以在質子元素碰撞過程中形成,結果會釋放大量能量,並形成由最簡單類型的粒子組成的極大子。
當在此過程中觀察到高水平的 pEe 釋放時,將形成一個稱為「黑洞」的物體,其半徑約為 10^-35 m,重量為 10^-5 g。Maximon 屬於具有最大質量的基本粒子類別。
銀河系中有多少個黑洞?
探測黑洞的過程非常複雜。它涉及對銀河系和太空的長期觀測,以收集盡可能多的信息和數據。
此外,大量黑洞在開始吸收周圍空間中的物質之前一直未被檢測到。
在銀河系區域,有可能記錄到大約10個這樣的物體的存在。他們受到持續監控。但在這片浩瀚的銀河空間中,可能存在大量大小完全不同的黑洞——從小到超大。
銀河系內大約有4億顆恆星,它們的質量很大,可以轉變為黑洞。
2005年,太空人發現一個異質天體在銀河系中心緩慢移動。從這些研究中獲得的數據表明,銀河系的這一區域至少存在 20,000 個黑洞。
近日,日本科學家在黑洞「人馬座A」附近發現了一個奇怪的太空物體,其比重為10萬個太陽質量,直徑為0.3光年周期。這個天體也可能是個黑洞。
最大的黑洞是什麼?
這個天體距離太陽120億光年。它的質量相當於400億個太陽質量,直徑約0.025光年。這個黑洞的年齡約為120億年,這意味著它的形成比銀河系形成後15億年。
在詳細研究了這個物體後,科學家們得出結論,在黑洞時代完全消失之前,它的潛在資源是相當充足的。此外,這可能是外太空最後一次此類現象。
在這種情況下,假設銀河系發展的一個階段,在此期間可能會發生宇宙中幾乎所有恆星滅絕並且其中許多恆星轉變為黑洞的情況。
研究黑洞的目的是什麼?已經發現了多少黑洞?
世界各地的天文學家研究黑洞以確定宇宙的許多重要特徵。此類天體通常充當銀河核。此外,這些物件也用於旋轉它們。
當黑洞相互碰撞時,會產生某些重力波。
這些物體的內部空間也引起了科學家的極大興趣,因為它們並不完全遵循普遍接受的物理定律。對黑洞的研究有助於確定外層空間結構的基本特徵。
目前,科學家已經能夠發現並詳細研究多達20個具有相似性質的天體。
然而,所獲得的數據並不完全足以提供將它們歸類為黑洞的證據。
當你掉入黑洞時會發生什麼事?
當一個人發現自己身處黑洞時,他就像任何物體一樣,都會受到強大重力場的影響。
在這樣的空間中,物體開始變平和拉伸,直到它們被分成原子並與奇點合併。
在許多科幻小說和電影中,黑洞被用作特殊的時間門戶。但實際上,通過它們是不可能進入另一個維度或空間區域的。
黑洞會互相碰撞嗎?
如果兩顆彼此距離很近的恆星轉變為黑洞,那麼在這種情況下,它們在接近時實際上可能會發生碰撞。
這種現像也可能因為星系合併而發生。在此過程中,兩個由大量恆星組成的黑洞很有可能會相互靠近並隨後發生碰撞。
然而,這個因素觀察到的頻率並不高──大約每二十億年一次。
當黑洞碰撞時,它們會發生一個漸進的合併階段,持續約二十年,在此期間黑洞變成一個。其中也存在混合和奇點。
原則上,透過這些天體在太空中的碰撞,會形成一個巨大尺寸的黑洞。
黑洞甦醒時宇宙是否有毀滅的威脅?
黑洞的主要特徵是不存在任何表現形式。眾所周知,這些物體只能透過它們吸收宇宙物質的跡象來被注意到,當宇宙物質消失在它們的深處時,開始發射強大的光波。由於這種光,可以在黑洞吸收各種天體物質的階段中偵測到黑洞。
「睡眠」黑洞只能透過在它們附近找到伴星來探測。這種檢測這種看不見的物體的經典方法已經使用了幾十年。
就在最近,天文學家使用蓋亞太空望遠鏡在太陽系附近發現了兩個黑洞。其中一個距離太陽3800光年,另一個距離太陽1560光年。
望遠鏡能夠記錄到它們的某些搖擺,這是由於附近不顯眼的黑洞而發生的。
兩個發現的黑洞都相當大,大約比太陽系大10倍。它們距離地球非常近。這些都是非常巨大的太空物體。許多人想知道:它們對宇宙構成危險嗎?
專家對這個問題的回答是肯定的。黑洞的主要特徵是能夠將所有無法抵抗其引力的物體吸入自身。任何落入黑洞的物質都會永遠消失在黑洞的空間中。
因此,我們可以得出結論,黑洞當然對宇宙來說是危險的,無論其大小如何——巨大還是小。