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什么是黑洞?

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什么是黑洞?
早在 1800 年,拉普拉斯(第一个提出云假说的人)就指出,一个物体的表面积和密度越大,那么它的表面引力和逃逸速度也就越大。物体的大面积和大质量相结合会产生很大的表面引力,以至于它的逃逸速度将等于甚至超过光速,在这种情况下,物体不向外发光。当时,这个假设只被认为是个理想的推测,因为关于物体处于上述状态时的极大面积和极稠密度,我们还一无所知。
1939 年,奥本海默研究了中子星的特性,并指出如果中子星的质量超过 3.2 个太阳质量,中子就无法与自身引力相抗衡,从而发生中子塌陷。这时没有任何力量能够抵挡住引力的作用,经过引力作用后中子会形成一个奇异点,一个没有体积只有大质量和高密度的点。
就像拉普拉斯推测的那样,这样的超中子星不会向外发光。它被描述成一个无限深的空间洞,任何落在它上面的物体都会被它吞没,而且这些被吞没的物体不可能再出来,即使是光也不能逃出来。美国物理学家约翰·阿基伯德·维勒给它起了一个相应的名字叫黑洞。
英国物理学家史蒂芬·威廉·哈肯在 1970 年时指出黑洞可能会慢慢地消失,即黑洞并不是绝对永远存在的物体。
黑洞最易在恒星表面最厚的地方和恒星碰撞最频繁的地方形成,这时恒星会吸在一起形成可以坍陷的大质量物体。黑洞通常出现在球状星云的中心,并且更多的时候会出现在银河系的中心。
事实上,在人马座方向上银河系的小核心是非常活跃的——这就是说它释放出的巨大能量(央斯基就是从这个核心首次发现了太阳系外的放射源)使天文学家有理由确信,在中心处有一个由大约一亿个恒星组成的黑洞。
这样一个巨大的黑洞将会随着它吞食附近的物体而继续变大,甚至可以吞食所有的恒星。但是无论如何,在不远的将来整个银河系还没有被吞食掉的危险,因为黑洞不可能把它周围的物质吞食干净。
在茫茫宇宙中,人们该怎样观察黑洞来决定它是否真的存到它。当物质被绕着黑洞飞快旋转的引力源吸入黑洞时,会发生碰撞释放能量,以螺旋状进入黑洞。在螺旋下降过程中会发射 X 射线,所以当天空中有 X 射线被释放时,我们至少可以判断出那里有黑洞存在的可能。遗憾的是,某些其他过程也释放 X 射线,所以,上述结论只能判断黑洞存在的可能性而无其他用处。即使我们知道星系的中心很活跃并产生大量的射线,我们也不能把它当作黑洞存在的直接证据。
假设黑洞是密近双星系统的一部分,普通的恒星是它的另一部分。由一个白矮星和一个普通恒星组成的密近双星系统是一颗新星。由两个中子星组成的密近双星系统也是存在的,有关它们运动的研究可以证实爱因斯坦的相对论。那么,为什么说密近双星系统是由一个黑洞和一个普通恒星组成的呢?
如果存在这样一个物质,它从普通恒星中被吸入黑洞并在螺旋下降时发射 X 射线,因为物质的吸引是无规律的,所以发射的 X 射线在性质和强度上也产生无规律的变化。
1965 年,在天鹅座中探测到一个特殊的强 X 射线源,并命名为天鹅 座 X-1。1971 年,一个 X 射线探测火箭表明,天鹅座 X-1 发射的 X 射线是无规律的,从而证实了黑洞存在的可能性。
人们立刻投入极大的关注对天鹅座 X-1 进行研究,发现在天鹅座附近有一颗大而热的蓝白恒星,据估计这颗恒星比我们的太阳大 30 倍。这颗恒星和 X 射线源绕着彼此互相旋转,从引力中心的位置判断,这个 X 射线源是我们太阳的 5—8 倍。因为它无法被我们看见,所以一定是坍缩后的小尺寸恒星,又因为它的质量很大,不可能是一个中子星,所以它肯定是一个黑洞。
这就是我们所知道的有关黑洞的最新知识,很多天文学家都认为天鹅座 X-1 是黑洞,并确信黑洞一定存在而且可能很普遍存在。

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