吞噬物質的黑洞到底是什麼,它的增長是否會受到限制?

黑洞聽起來非常複雜,有各種各樣奇怪的事情發生,比如,強烈的引力、空間結構的扭曲、時間本身的扭曲。並且,黑洞沒有通常意義上的表面,在它周圍的空間中只有一個區域或邊界,但我們仍然無法直接看到。這個邊界被科學家們稱為事件視界,任何超越事件視界的東西都註定要被壓碎,因為它越來越深入到黑洞的引力井中。當一顆恆星耗盡核燃料發生崩潰,若其核心或中心區域的質量大於三個太陽,在被稱為黑洞的空間中,則沒有已知的核力可以防止核心形成深的重力扭曲。那麼,吞噬物質的黑洞到底是什麼,它的增長是否會受到限制?

吞噬物質的黑洞到底是什麼,它的增長是否會受到限制?

黑洞的類型是否只有一種

通常,只要將足夠的物質擠壓到足夠小的空間中,就會產生黑洞。有強有力的證據證明黑洞並不只有一種類型,除了常見的恆星黑洞以外,還有中質量黑洞和超大質量黑洞,它們之間最大的區別就在於質量的懸殊。恆星黑洞和中質量黑洞都是大質量恆星演化的自然結果,但超大質量黑洞的起源則仍是一個謎,它們只存在於星系中心。目前尚不清楚它們是形成於形成星系的氣體雲的初始坍塌、來自恆星質量黑洞的逐漸增長、來自中心位置的黑洞群的合併,還是因為其他機制而形成。

關於恆星黑洞的質量,因為它繞著看不見的伴星運行,我們可以通過觀察恆星的軌道加速度來推斷。同樣的道理,通過使用圍繞中心黑洞旋轉的氣體雲的軌道加速度,便可以確定超大質量黑洞的質量。當軌道加速不能用於確定黑洞的質量時,天文學家還可以通過測量落入黑洞物質所產生的X射線光度,以對其質量設置下限,因為流出的X射線壓力必須小於流入物質黑洞重力的拉力。比如,估算在距離M82星系中心約600光年的密集星團中所發現的黑洞質量,科學家們發現該黑洞的質量必須大於500倍太陽質量,這比已知的恆星黑洞大得多,但又比超大質量黑洞小得多,所以它被稱為中質量黑洞。

吞噬物質的黑洞到底是什麼,它的增長是否會受到限制?

而具有數百萬顆恆星質量的超大質量黑洞,則被認為位於大多數大型星系的中心。通過光學和無線電觀測觀測表明,恆星或氣體雲的速度急劇上升,環繞著星系中心,高軌道速度意味著巨大的東西正在形成一個強大的引力場,正在加速恆星。通過X射線觀測表明,可能是由於物質進入黑洞,在許多星系的中心產生了大量的能量。如何在銀河系的中心形成超大質量黑洞?其中一個想法是,在數百萬年的過程中,一個單獨的星形黑洞形成併吞噬了大量物質,以產生超大質量黑洞。而另一種可能性則是形成了一簇星形黑洞,並最終合併成一個超大質量黑洞,或者,單個大型氣體雲坍塌形成了超大質量黑洞。

黑洞是否可以無限制的增長

只要物體的軌道大小遠遠大於黑洞事件視界的直徑,它們便可以在沒有任何嚴重後果的情況下繞軌道運行。關於這個安全繞行軌道值,對於恆星黑洞而言大約為30公里,而對於一個超大質量黑洞而言則為數百萬公里。因此,如果任何物體距離太近,它的軌道將變得不再穩定,並終將落入黑洞。當物質落入其中,黑洞便會開始生長,捕獲的質量增加了黑洞的質量。對於恆星質量黑洞而言,每當捕獲一個太陽質量的物體,其事件視界的半徑就會增加約3千米。從理論上講,黑洞可以無限制地增長,然而,在宇宙中的黑洞沒有無限的食物供應,因為遲早他們會在引力範圍內消耗所有物質!

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並不是黑洞周圍的所有物質,都註定要落入黑洞,有時氣體會以很快的速度從磁盤吹走的熱風中逸出的物質。更為引人注目的是X射線和無線電觀測顯示,遠離一些超大質量黑洞附近的高能噴射器,可以在近光束中以近乎光速進行移動,並且這個過程可以行進數十萬光年。然而,即使物質能夠以光速移動,一旦它超過事件視界,它就無法逃脫,因此也無法從黑洞中回到原處。這是因為黑洞內部的引力場非常強,以至於空間自身彎曲,任何落入黑洞的東西都只能朝著一個方向行進,即朝向中心的奇點,這是一個無限密度點。雖然霍金表明量子理論暗示黑洞應發射輻射,但預計這種輻射非常微弱、且不可檢測,並且,除了質量小於彗星的假想黑洞外,目前尚未被觀察到。

黑洞可通過哪兩個屬性簡單歸結

當談到如何描述黑洞時,科學家們將它只歸結為兩個內容,即黑洞的質量和旋轉。僅是這兩個部分便能描述所有黑洞物體。 所以,看上去它是如此的簡單,然而,事實上要獲得黑洞的這兩個屬性,卻是異常艱難。相對而言,獲得黑洞的質量是相對更最容易的部分,我們可以通過研究那些像太陽這樣的普通恆星繞行的小黑洞,然後使用光學望遠鏡測量這顆類太陽恆星的速度,以及完全繞黑洞運行所需的時間,從而得出黑洞的質量,這也是天文科學家們多年來測量普通二元系統,以及行星系統中恆星質量的方法。然而,想要測量黑洞的旋轉真的很難,黑洞的重力剝離了那顆恆星的氣體,氣體朝著黑洞落下,形成一個“旋轉盤”狀的軌道物質。並且,由於非常靠近黑洞,這種氣體會在巨大的重力作用下被加熱到數百萬度,並在X射線中發出明亮的光芒。

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最終,一旦這些熱氣體落入距離黑洞死點25公里的事件視界,便註定會永遠消失。但是,當遠離這個可怕的事件視界,達到了一個點,那裡的重力變得如此巨大,以至於超熱氣體不能再將自己保持在黑洞周圍的穩定軌道上。此時,磁盤突然結束,軌道中的氣體也隨之突然向內傾斜,在不到千分之一秒的時間內到達事件視界,這會在磁盤中心留下一個大的暗孔,並向下延伸到事件視界。而這個暗洞的半徑僅,便取決於黑洞的質量和旋轉速度。對於一個根本不旋轉,並且達到16個太陽質量的黑洞而言,如M33 X-7,這個暗區域的半徑是75公里,是事件視界半徑的3倍。簡而言之,黑洞旋轉越快,該半徑越小,對於相對論允許的最大旋轉的黑洞,半徑就等於事件視界的半徑。

首先,我們看不到黑洞內部,因為任何越過邊緣的東西都會永遠消失,所以它的名字來自於此。但通常情況下,在黑洞的附近,只有小部分材料落入其中,而大部分材料只是永久地旋轉。由於靠近黑洞的東西變得過熱,我們可以看到與錢德拉的X射線,在黑洞周圍的物質,永遠不會到達黑洞本身,除非它失去足夠的角動量。而這種情況的一種方式是通過流出,沒錯!黑洞不僅會吸入材料,還會將其吹掉。幾乎所有正在積聚物質的黑洞也在驅逐它,當然,這種情況發生在當物質仍然在黑洞本身之外時,眾所周知,一旦它在洞的半徑範圍內,那就什麼都不可能逃脫。

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