r136a1質量比部分黑洞還要大,為什麼強大的引力沒能阻止光的逃逸?

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R136a1的質量是太陽的三百多倍,這是已知質量最大的恆星。相比之下,恆星級黑洞的質量最大也只有太陽的幾十倍,這要小於R136a1的質量。之所以R136a1是一顆恆星,而不是一個能夠束縛住光的黑洞,是因為它的表面重力還不夠強大。

R136a1的表面重力確實很強大,如果取其質量為太陽的315倍,半徑為太陽的30倍,那麼,它的表面重力加速度為96米/平方秒,相當於地球表面的9.8倍,但只有太陽表面的35%。因此,R136a1的表面重力其實比太陽還弱,太陽的引力都無法束縛住光,R136a1就更無法做到了。

只有黑洞才有足夠強大的引力來阻止光逃逸,它們的表面逃逸速度正是光速。質量大並不一定就是黑洞,只有當物質被壓縮到無窮小的奇點中時,才會成為能夠束縛住光的黑洞。

R136a1現在還能進行核聚變反應,它那巨大的自身重力目前還無法將其壓縮成黑洞。通過計算可知,R136a1的表面逃逸速度為2000公里/秒,遠小於光速,所以光能夠從這顆恆星表面逃逸。當核燃料耗盡後,它才會坍縮成黑洞,那時產生的巨大引力效應才能夠阻止光逃逸。


火星一號


一個天體的體積小於其史瓦西半徑,就會變成一個黑洞,在這個史瓦西半徑範圍內,光速才無法逃逸。r136a1的體積遠遠大於史瓦西半徑,就不可能阻止光的逃逸。

r136a1是一個巨大的恆星天體,其直徑為4500萬公里,是太陽的32倍多,質量是太陽的265倍,是目前宇宙中已知質量最大的恆星。

但其史瓦西半徑只應該有795公里,也就是說,r136a1縮小到一個半徑為795公里以下的球時,就會鎖住光子,把光明拉向黑暗。

史瓦西半徑的計算公式為:Rs=2GM/c^2

Rs為天體的史瓦西半徑,G為萬有引力常數(G=6.67×10N·m/kg),M為天體的質量,c為光速。

只有當物體的速度小於天體的逃逸速度時,這個物體才無法擺脫天體的引力束縛,怎麼掙扎都沒用,只能規規矩矩的呆在這個天體上。

黑洞就是這樣一個能夠鎖住光的天體,其逃逸速度大於光速,所以光一旦進入了其引力範圍(史瓦西半徑以內),就悲劇了,無可避免的被拉進它的深淵,深不見底。

黑洞是大於太陽質量的恆星演化後期,發生超新星大爆炸,把大部分質量拋棄到太空後,中心那部分質量無限坍縮,最終收縮到了一個奇點。這個奇點體積趨於零,無限小,就導致了無限密度和曲率(引力)。

理論上宇宙中現在形成黑洞的最小質量為太陽質量的3倍以上,人類目前發現宇宙中最小的黑洞為太陽質量的14倍。

我們想一下,一個十幾倍太陽質量的天體,縮小到比一個質子還小那麼一個點,雖然看不到了,但它那質量引力還在,它無限的曲率當然要影響一片時空,這個影響範圍就是史瓦西半徑,其範圍大小與其質量成正比。

史瓦西半徑有多大呢?很小。地球的史瓦西半徑是9毫米,太陽的史瓦西半徑約3公里,r136a1史瓦西半徑是795公里。

所以黑洞雖然很霸道,引力無限大,但這種力量影響範圍並不大,這才是我們今天還能夠在這裡評論它的原因。

想一想,如果黑洞無限引力影響範圍也無限大,我們今天還能夠存在嗎?

所以,r136a1雖然質量很大,比很多黑洞都大,但其體積比史瓦西半徑大多了,其質心與邊緣距離那麼遠,怎麼能夠拉住光呢?其逃逸速度才達到1280公里/每秒,光速是30萬公里/每秒,這中間差了若干數量級了。

當這個龐然大物壽終正寢時,超新星大爆炸會拋棄大部分物質,中心保留的物質會收縮為一個黑洞。那時候,如果這個黑洞保留了100個太陽質量,其史瓦西半徑就是300公里,在這個範圍內,光速才無法逃逸。

時空通訊觀點,歡迎點評討論。


時空通訊


R136a1是一顆藍特超巨星,是目前人類已知質量最大的恆星,估計有太陽質量的265倍,但是依然不能成為黑洞,黑洞不但質量大而且體積相對很小。

黑洞因為引力極大,可以吞噬周圍的物質,現代科學認為引力是由時空彎曲引起,質量越大、體積越小的天體,造成的時空彎曲會更嚴重,光也無法從其造成的時空彎曲中逃逸出來。R136a1質量雖然很大,但是體積相比於同等質量的黑洞卻大得多,強烈的核聚變反應爆發的能量,阻止物質不斷地坍縮,而一旦核聚變原料消耗完,就再也沒有力量可以支撐物質的坍塌收縮,恆星的體積急劇縮小,當它的半徑小於史瓦西半徑,就會成為黑洞。

原本科學家認為R136a1這樣質量超大的恆星,在演化為黑洞前,一定會經過超新星爆發,但是科學家後來卻觀測到一顆特殊的巨大恆星——N6946-BH1的恆星。科學家觀測到它的亮度在逐漸降低,也觀測到它的質量是太陽的25倍左右,但是在觀測的過程中,科學家卻發現它突然消失了,奇怪的是它並沒有發生超新星爆發,通過微波背景等,科學家認為它已經變為了一個黑洞,就那麼靜悄悄的變成了黑洞。

黑洞是一類特殊的天體,難以觀測,通常是通過周圍恆星和星雲的運動方式來判斷它的存在,目前還有很多謎團。


來看世界呀


答:因為決定天體逃逸速度的,不止是質量,還有天體的半徑。


逃逸速度公式

黑洞的逃逸速度大於光速,導致任何物質進入黑洞後都無法逃離(霍金輻射除外),我們可以根據動能公式和萬有引力公式,來計算天體逃逸速度公式:

引力場勢能公式:

E(r)=∫(GMm/r^2)dr=-GMm/r,以無窮遠處為零勢能;

能量守恆:

mv^2/2=0-E(r);

r取天體半徑時,得到逃逸速度公式:

v=√(2GM/R);

我們可以看到,一個天體的逃逸速度,與天體的質量和半徑都有關,就算天體的質量再大,只要它的半徑也很大,那麼逃逸速度也不會比小質量天體高。


R136a1的逃逸速度

這就解釋了,R136a1恆星的質量,雖然是太陽質量的265倍,比許多黑洞的質量還大,但是它的直徑是太陽直徑的35倍。

太陽表面的逃逸速度v1=617.7km/s ,於是可以估算出R136a1恆星的逃逸速度:

v2=v1*√(265/35)≈1700km/s;

可以看到,R136a1恆星的逃逸速度遠遠沒有達到光速。


R136a1恆星的質量,之所以這麼大還未塌縮成黑洞,是因為在恆星內部進行著劇烈的核聚變反應,反應釋放大量能量抵抗著萬有引力作用,使得恆星沒有塌縮。

一旦恆星的核聚變材料消耗殆盡,恆星就會進入演化末期,再也沒有力量能抵抗萬有引力作用,此時恆星就會以超新星爆發的方式結束生命,然後留下一個緻密的黑洞。


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舉個簡單的例子,現在的大多數黑洞都被認為是由大質量恆星演化到生命後期經超新星爆炸所形成。那麼每個黑洞的前身恆星都是質量大於黑洞的,還不是照樣光芒普照。

R136a1是目前所知質量最大的恆星,它位於大麥哲倫星系中的蜘蛛星雲內,距離我們大約16.5萬光年,它現在的質量可以達到太陽的265倍。科學家推測它最初的質量可能達到太陽的600倍,只是經過核聚變“減肥”到現在的質量。這樣大質量的恆星未來命運註定就是黑洞。以下是蜘蛛星雲:


說引力的大小不能僅僅看質量,難道你忘記了牛頓的萬有引力公式?還跟距離平方成反比哪。黑洞的名字由來就是由於這種天體讓光都無法逃逸出來。例如我們的地球質量就小得多,但是如果有外力把它壓縮到直徑9mm,那麼地球也就成了黑洞,也能阻止光的外逃。

對於R136a1它的質量雖然大,但是由於體積也大,它的逃逸速度是遠遠達不到光速的。


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Ra136a1恆星,其質量是太陽的265倍。它是一顆O型的藍特超巨星,是迄今為止發現的亮度最高的恆星,在全天絕對星等排名第1。而目前已知的質量最小的黑洞IGR J17091-3624,其質量僅僅是太陽的3倍。所以,Ra136a1恆星在生命的最後很有可能變成一個黑洞。現在Ra136a1恆星主要依靠其核心內部劇烈的核反應來抵擋自身巨大的引力,好使自己不會被自己的壓力壓縮而退化成黑洞。等待Ra136a1星核內的氫氣燃燒完畢,氦也燃燒完畢,它就會發生超新星爆炸,然後極有可能變成黑洞。



目前Ra136a1雖然質量巨大,但是它在沒有變成黑洞之前並不能夠阻止光子逃逸。因為Ra136a1的時空質量密地太低,不足以使空間產生像黑洞一樣的無限凹陷,故而也不會產生一個阻止光子逃逸的視界。



空間的扭曲程度,或者說曲率,主要和物質的質量密度相關,密度越大,時刻曲率越大。雖然質量大可以造成巨大引力,但是並不意味著時空彎曲的程度就越大。比如我們的整個宇宙,整體來看就是一個質量巨大的東西,但是宇宙並沒有形成黑洞,時空也沒有極其彎曲。


科學探秘頻道


R136A1質量比部分黑洞還要大,為什麼強大的引力沒能阻止光的逃逸?

R136A1是迄今為止觀測到最大直徑中排名第二的恆星,僅次於盾牌座UY,但其擁有高達265倍太陽質量而冠絕銀河.....其實大家都知道R136A1位於大麥哲倫星系的蜘蛛星雲,但有很多天文學家認為大小麥哲倫星系都是銀河系伴星系.......

橫跨一千光年的蜘蛛星雲,是大麥哲倫星系中主要的恆星誕生地之一!也許就相當於獵戶座各種星雲在銀河系中的地位!R136A1質量超過太陽的265倍,這個質量絕對大於超新星爆發後誕生的原生黑洞質量(一般大於太陽的3.8倍左右),那麼其光線仍然能暢通無阻的傳遞出來?其實要留住光線不僅僅需要質量,還需要密度,只有在中子星的密度下並且超過太陽質量的3.2倍時才能坍縮成黑洞!而R136A1在其內核的強大的輻射壓支撐下,其直徑僅次於盾牌做UY,而盾牌座UY的直徑達到了土星軌道附近!!

那麼假如以R136A1的質量直接坍縮成黑洞,它的不可逃逸區直徑是多大呢?我們可以來計算下!

史瓦希半徑計算公式:R=2GM/c^2

萬有引力常量約為6.672x10-11N·m^2 /kg^2

太陽質量為1.9891*10^30千克

光速為299792458\t米/秒

R=2*6.672x10-11*1.9891*10^30*265/299792458^2≈768.5KM

R136A1這點質量的不可逃逸區的直徑為1537KM左右,而R136A1的直徑遠遠超過此區域,所以它的密度還遠遠不夠!

上圖為黑洞的事件半徑區域示意圖,以此為界,外部仍然可以逃離,內部則跌落中心,而在事件半徑區域這個界面上,光會環繞黑洞旋轉,因此黑洞的吸積盤到黑洞的視界內,會有比較明顯的分界線!

星際穿越中的標準黑洞模型“卡岡圖雅”!


星辰大海路上的種花家


這個問題也可以換成下面這個問題:整個銀河系的質量比絕大多數黑洞都要大,為什麼光還能逃得出去呢?


圖:銀河系核心

這個問題在經典物理學裡可以用逃逸速度的計算公式解釋,公式如下:

其中


Ve逃逸速度、G是萬有引力常數,M是擺脫對象的質量,r是擺脫對象質心與逃逸物位置的距離。

從上面這個公式看,逃逸速度不僅與需要擺脫的天體質量有關,還與離質心的距離有關。如果天體質量很小,只要離質心的距離夠近(天體的密度大),逃逸速度一樣會很大。實際上,從這個公式上也能推導出黑洞這樣的天體出來。只需要將逃逸速度設置成光速。你就能得到史瓦西半徑公式了:

其中
:rs代表史瓦西半徑;G代表萬有引力常數,即6.67×10-11 N m2 / kg2; m代表天體質量; c代表光速。


當然,這個公式也能用高大上的廣義相對論推導出來。從這個公式可以看出,一個原子質量的物體也能夠形成黑洞,這樣的黑洞叫量子黑洞。這也是人類可以展望的未來能夠製造出來的黑洞。

圖:大型強子對撞機

在位於瑞士日內瓦近郊的大型強子對撞機剛投入運行時,有人就擔心會撞出量子黑洞來,然後毀滅地球。這種擔心是不必要的,因為大型強子對撞機的能量還不足以製造出這樣的量子黑洞。但未來更先進的對撞機應該能夠滿足製造量子黑洞的條件。

根據霍金的理論,黑洞會產生霍金輻射,這種輻射會蒸發掉黑洞的質量。質量越小,霍金輻射就越強烈,像量子黑洞這樣小質量的黑洞在它誕生的一瞬間就會蒸發掉。所以不必擔心量子黑洞會毀了地球。

希望霍金是對的……


講科學堂


恆星的質量根據錢多拉~塞卡極限是判斷從氫→鐵能出現幾級核聚變,不是判斷引力是否逃逸標準。換言之恆星不存在光是否能逃逸問題,因為恆星核聚變的膨脹壓和引力收縮壓抵消,所以在區城間穩定反應。


第三行星1


密度太小。黑洞的成因,和質量沒有關係,把地球壓成乒乓球那麼大,地球也是個黑洞。引力和密度是成正比的,像r136a1這種大恆星,密度比空氣還輕,怎麼可能有那麼大引力呢


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