登陆注册
49529300000003

第3章 宇宙的垃圾场——黑洞学习篇(3)

第四,黑洞本身并不是最大的事物。宇宙中只有无限大,而不存在最大。黑洞也是有无限层次的。任何黑洞必然会被更大黑洞所吸引而逸出物质,和地球在接收太阳能量的同时也释放出能量一样。

总之,黑洞在它的形成过程中,一定会有物质喷射出来。一切事物在它的上一阶段就已为下一阶段的发展做好准备。所以,一切事物才能实现连续不间断的发展。

5.黑洞怎样吞噬恒星

我们知道,黑洞吞噬恒星的方式有两种:一种情况是,当一颗恒星朝着黑洞方向运动时,它会很快被黑洞的引力拉长,变成一束物质流被吸入黑洞,同时释放出巨大的能量,其中包括X射线。

另一种情况是,当一颗恒星进入黑洞的引力范围后,在下落时受到潮汐力的作用,恒星的物质在黑洞外围,形成一个抛物形盘状结构,气体和尘埃沿轨道绕黑洞旋转,逐渐被吸入黑洞,而这个逐渐消失的盘状尘埃结构的X射线,将稳定地辐射它。

科学家们认为,被黑洞吞噬的物质,在到达黑洞视界附近时,会受到强烈挤压,那里的温度可以高达1亿摄氏度以上,这时物质本身产生电离,并引起各种辐射。近期又有新的理论认为,黑洞视界附近的量子效应,会引发黑洞的发射和爆炸。因此,虽然看不见黑洞,但在它的表面附近的黑洞视界,却可以产生多种辐射,也可以说黑洞视界是多种辐射源。通过对辐射源的观测,可以大致确定黑洞的存在和有关黑洞的情况。

6.“节能冠军”——黑洞

利用美国宇航局的“钱德拉”X射线太空望远镜,美国天文学家发现星系具有高密度旋转中心,并有能吸入附近任何物质的黑洞,利用能量的效率极高,堪称宇宙的“节能冠军”。这一发现让科学家认识到,黑洞在宇宙中扮演更为复杂的角色。

科学家绘制的“黑洞发动机”,表明黑洞有为自己吸收的物质加速的能力。

科学家首次对太空中9个较为古老的黑洞所吸入的热气物质和喷射出的高速高能物质进行了测量,从而推算出了黑洞发动机的效率。这些黑洞处于比银河系更大的星系中,距我们有0.5亿-4亿光年的距离。研究人员之所以没有研究银河系中心的黑洞,是因为他们觉得银河系不足够大,其中的气体也不够多。

研究人员用一种简单的办法,测算黑洞的能量效率:他们先用“钱德拉”望远镜观测星系内层大小计算黑洞能获得多少物质的能量,再根据炽热气团中的空洞大小计算黑洞释放出多少能量。结果发现,黑洞释放的能量几乎接近于它所获得的物质含有的能量。这就意味着,假如地球上有这样一辆高效率汽车,它就能利用1升汽油行驶4亿多千米。研究小组负责人、美国斯坦福大学科学家斯蒂芬·艾伦称,这些黑洞的效率比人类至今研制出的最有效的核能发动机效率,还要高出25倍。

7.黑洞和恒星的关系

无论恒星还黑洞,都只有一个体积很小,但质量和密度都很大的核。但是,两者还是有区别,恒星会发生强烈的震荡,并把震荡能传递给周围的宇宙微物质和天体。我们能够以各种方式感觉到它们的运动。而这种感觉的范围,往往被确定为是它的组成部分,也即被认为是它的体积。所以,在我们看来,它们就显得大。而黑洞除了它的核,我们几乎不能感觉到任何它周围的物质,而且连它输出的能量——纵向运动磁力线,我们现在也完全没有认识,更别提感知它的仪器了。我们人体感官完全不能感知这种纵向运动的磁力线能,所以它的体积也就很小。

其实,这就像一根火柴头,在燃烧前很小,点燃后就显得很大了,在一定的距离内,还会显得更大。因为我们将发光的部分,都认为是火柴头了。而且物体越明亮,我们的观察就会认为它更大。再如照相机的闪光灯,其实它很小,但当它闪光时,在一定的距离上我们看到的确是一个很大的光团。如果,我们不是事先认识它的体积,仅以光像来判断,一定会认为它是一个很大的物体。所以,实际上恒星并不大,而黑洞也并不小。只不过因为它们处在不同的运动状态,我们看到的效果不一样罢了。因此,不燃烧的恒星就是黑洞,燃烧的黑洞就是恒星。

恒星是由炽热气体组成的,能自行发光的球形或接近球形的燃烧天体。太阳,就是离地球最近的一颗恒星。

恒星的种类繁多,有双星、变星、聚星、新星、超新星等,大小各不相同,多数恒星质量在0.1~10个太阳质量,大的恒星是太阳的120多倍,而小的恒星质量只有太阳的百分之几。

恒星的颜色多种多样,有的发红,有的发黄,有的发蓝,表面温度和亮度也各有差别,表面温度越高,光度也就越大。

按组成成分,恒星的成分约为70%的氢,20%的氮,1.5%碳和0.5%的铁元素。恒星的数量庞大,我们肉眼可看到的大约有6500颗。

浩瀚的宇宙中,散落着无数颗恒星,一般认为,恒星是由星际物质凝缩而成的。而初试物质的质量和化学成分,决定了恒星的演化历程、演化速度和最终归宿。

我们通过天文观察知道,宇宙中弥漫着大量密度不一的星际气体和尘埃物质。在密度大的地方,往往形成星际气体云。质量很大的星云,在自身引力作用下会很快收缩、密集、升温。当星云质量达到1万倍的太阳质量时,由于密度分布不均匀,而变得不稳定。

密度大的星云收缩更快,导致大型星云分裂瓦解成中等大小的星云。

同理,中等星云又可能碎裂成更小的星云。小星云中密度较大的物体,能够吸引更多的气体和尘埃,并随着引力的增大而收缩,引力能转化为内部热能,内部温度升高。当温度达到2000K时,星云又发生坍缩,形成原始恒星。从星际气体和尘埃变成原恒星,这一过程,大约需要200万年。

原恒星诞生以后,在自身引力作用下,继续向中心收缩,内部物理反应加剧,引力能更快地转化为热能。

中心温度继续增加,温度升高到一定程度,热能会转化为光能,开始闪烁发光。随着原恒星的继续演化,内部压强逐渐增大,最终能够阻止坍缩。此时,总质量不再增加,星体内部气体处于完全对流状态,这时原恒星已经成长为少年星——主序前星。

主序前星的内部温度达到3000~5000K,其引力能的一部分用于维持向外的辐射,一部分用于增加内部的热能,使其内部温度不断升高。当恒星内部温度升高到1500万K时,恒星内部发生热核反应,氢聚变为氦,此时恒星生命到达零龄主序,叫零龄主序星。

主序恒星主要是核能,稳定的核反应让主序星的温度和光度将不再有太大的变化。恒星一生90%以上的时间,停留在主序星阶段。

主序星的热核反应,是在星体核心区进行的,当内部反应结束,氢全部聚变为氦时,反应区向外推移,恒星内部热核反应停止。外层物质在引力作用下又进一步向内挤压,核心区收缩,温度进一步增高,外层温度受内层影响升到107K时,壳层的氢开始燃烧,推动外面的包层受热膨胀,恒星的体积快速增大到千倍以上,而表面温度则快速下降。此时,恒星演化到红巨星阶段。

恒星核心区继续收缩,温度升高,到1亿K时,氦开始聚变成碳。

大质量恒星若得以充分演化,会依次聚变成为氧、硅等,直到合成最稳定的元素——铁。

小质量恒星,如太阳,在核能耗尽后,其质量小于1.44M就会演变为白矮星,等收缩到原来半径的几1/10到1/100时,中心密度已经很高,电子形成兼并态。当电子气体的压力足以抵住引力收缩时,便达到新的平衡。这时恒星不再收缩,只靠它的剩余热量发光,这种星称为白矮星。随着它的余热逐渐消失,表面温度逐渐降低,慢慢成为红矮星、黑矮星,就无法观测到了。

恒星外层进一步扩张,最后成为行星状星云。大质量的红超巨星坍缩后发生大爆炸,形成超新星。超新星爆炸时,外部的物质爆炸出去,形成星云状物质,内部坍缩,形成为中子星。

恒星在核能耗尽之后,如果它的质量在1.44~2M,就会成为中子星。

如质量超过2M,则平衡态不再存在,星体将无限制地收缩。虽然目前还没有密度大于1027克/厘米的物质的实验数据,无法推测星体的具体结构,但根据理论可以推断,星体的半径将愈来愈小,密度将愈来愈大,终于达到临界点,这时它的引力之大,足以使一切粒子,包括光子,都不能外逸,因而称为“黑洞”。

黑洞,形成于大质量的恒星。当恒星到达老年期,自身内部的氢原子核数量,不足以支持核聚变反应的时候,那么就由氦原子核来进行核聚变反应。四个氦原子核发生聚变,形成碳原子核。进一步看,当氦原子核数量也消耗殆尽的时候,核聚变反应就改由四个碳原子发生聚变,形成一个铁原子核。在这个不断聚变的过程中,恒星的体积不断膨胀,直至几千倍,到聚变形成时,核反应要吸收核心的热量,恒星温度迅速下降,在巨大引力作用下,恒星又进行剧烈坍缩。这种坍缩一方面造成恒星内部结构开始发生收缩,原子间距不断缩小;另一方面造成恒星爆炸。

爆炸之后,恒星的外壳被抛到宇宙空间当中。这时,恒星内部的核结构开始发生收缩。原子间距离不断缩小,恒星的密度不断增大。

物质间的作用随着距离的变小,引力不断增大。由于物质间,同时还存在斥力作用。

当距离小到一定程度的时候,引力大于斥力,恒星就会发生坍缩。换句话说,恒星被自己的体重压垮了。这之后,恒星还会不断吸收周围的物质,使得自身重量越来越大。根据牛顿万有引力定律,物体质量越大,对其他物体的引力越大。

那么,引力使得质量不断增加,不断增加的质量,又促使引力不断变大。

最终发展成为任何东西都会被它吸引。

广义相对论认为,光具有波粒二相性。

也就是说,光既是波,又是粒子。大质量的恒星本身,也会发光。

随着质量的不断增大,最后会出现自身发出的光粒子,也会被吸引而出不来,这就是黑洞。

8.黑洞吞吐之谜

一直以来,科学家们都知道,宇宙黑洞是靠狂吞周围星体的物质来不断膨胀,但它如何吞噬、又如何消化这些物质,对地球上的人类来说一直是个谜。最近,以美国密歇根大学的天文学助教乔恩·米勒为首的科学小组找到了答案:他们通过钱德拉X射线望远镜在银河系中发现了一个黑洞,对黑洞周围气体所散发的X射线进行分析,从而揭开了宇宙的一大谜团-黑洞吞吐之谜:那就是黑洞把东西“吞”下去,最终必然会“吐”出来。只有这样,宇宙才可能保持物质能量的平衡。这次被发现的黑洞体系被命名为J1655。米勒表示:“根据星系际规则,J1655是我们的邻居,因此我们能够通过它,了解所有黑洞的功能,包括我们在类星体中发现的奇怪现象。”

同类推荐
  • 滑波、泥石流防范与自救

    滑波、泥石流防范与自救

    自然灾害无处不在,无时不在,迄今为止,人类还没有能力阻止它的发生和带来的损害。大多数人在突然遭遇自然灾难时会彻底崩溃,他们或哭泣、或尖叫,却不知此时是需要迅速行动的最关键时刻。只有少数人能保持冷静,利用自己所学的灾害自救知识,并迅速采取行动脱离险境、减小损害。因此,如果幸运的你还没有亲身经历过自然灾难,请千万不要掉以轻心,因为我们谁也无法预料自己会在何时遇到何种灾难。
  • 求知文库——科学的革命

    求知文库——科学的革命

    本书介绍了现代科技在化学、数学、生物、物理、航天、地球科学等方面的最新进展,突出表现了它们对人类文明发展的重要作用。
  • 动物科学

    动物科学

    本教材是配合教学改革试验区——“基于合作性学习的生物技术专业应用型人才培养模式改革与实践”并结合生物技术专业特点而编写的。本书包括四部分共二十三章内容,主要介绍了动物各主要类群的特征、代表性动物的形态、结构机能、生理功能与人类的关系等。全书注重学生自主学习能力培养.每一章节附录课外拓展、课堂讨论、研究进展等。
  • 系统相对论

    系统相对论

    这本《系统相对论》以物质量子化假设为前提,提出了系统相对论的一元二态物质观,是对物质原理的一种全新的探索。对于当前各物理理论分支间存在的深刻矛盾,作者从系统相对论的视角进行了探讨,并尝试将各物理分支纳入到了系统相对论的理论框架内。
  • 世界科技与发现历史纵横谈

    世界科技与发现历史纵横谈

    为了让广大读者全面了解中国文学,我们特别编辑了《中国文学知识漫谈》,主要包括中国文学发展历史、民族与民间文学、香港与台湾文学、神话与传说、诗歌与文赋、散曲与曲词、小说与散文、寓言与小品、笔记与游记、楹联与碑铭等内容,具有很强的文学性、可读性和知识性,是我们广大读者了解中国文学作品、增长文学素质的良好读物,也是各级图书馆珍藏的最佳版本。
热门推荐
  • 大国文娱

    大国文娱

    林棋发现一道可以穿越回到过去的门,门的对面是1979年。美国好莱坞正在全球攻城略地,日本动漫游戏已开始向全球辐射影响力……拥有五千年灿烂历史文化的华夏文化领域却已落后世界半个世纪……林棋觉得自己应该做点什么!
  • 天行

    天行

    号称“北辰骑神”的天才玩家以自创的“牧马冲锋流”战术击败了国服第一弓手北冥雪,被誉为天纵战榜第一骑士的他,却受到小人排挤,最终离开了效力已久的银狐俱乐部。是沉沦,还是再次崛起?恰逢其时,月恒集团第四款游戏“天行”正式上线,虚拟世界再起风云!
  • 冒牌太子妃.A

    冒牌太子妃.A

    什么什么?我穿越了?那么这些野猪是什么?天啦,只要我赢了它们,我就可以活下来,并且可以身价百倍,被有钱的人买去。啊啊啊啊,不是吧,太师要买我?呼还好,只是买去当女儿,啊,皇后的儿子看上我了?不是吧!他是个傻子?神哇,主哇,观音菩萨哇,这到底怎么回事哇?一个傻里傻气却很痴情的王爷,另一个玉树临风劫穷济贫的大侠!我的心有点摇摆不定啦!嫁给王爷也不错,有吃又有喝,而且他又那么傻,欺负他的时候,不会有人知道的!嫁给大侠也不错,一起浪迹江湖,做一对快乐的神仙侠侣。可是……
  • 最后一片绿叶

    最后一片绿叶

    一场地震把靠近北极的一所学校掩埋在冰山之下。七千年过去了,未来世界的高科技竟然把学校里其中的几个孩子救活了。七千年后的地球是什么样子?现代人和未来人的思想碰撞、情感火花、生活趣味等等,都在这本书里一一展现。本书提供了很多有用的建议和策略来帮助孩子想象、游戏,并终鼓励他们社会性别的刻板印象所带来的具有局限性的角色定位和预期。
  • 海贼之沼泽果实

    海贼之沼泽果实

    地球乌谢会大哥灵魂穿越时空,和推进城里的囚犯融合了,还拥有沼泽果实能力。沼气、无限容纳、腐蚀、环境同化、非牛顿流体……,原来沼泽还能这样玩。书友群:560276565
  • 一路星途

    一路星途

    在一个偶然的机会误入影视圈,从此风波不断,我不断努力,挑战诸多不可能,就为了一个简单的目的,证明自己是一名演员,直到站在颁奖典礼的现场,我终于可以放下这一切回归真实的自己。
  • 用人的难点

    用人的难点

    作者通过多个角度讲述怎样用人,应该用什么样的人,对管理中常见问题进行剖析,语言通俗易懂、文字生动有趣。
  • 对她不止喜欢

    对她不止喜欢

    谁都没想到,荣西浔对他那位“名存实亡”了十几年的未婚妻心动了!一朝心动,瞄准猎物,正准备徐徐图之。“荣西浔,我们解除婚约吧!”“老娘有喜欢的人了!”温弗又A又飒地将荣西浔OUT出局。被人拒绝地彻底,一时间,傲气如他也酸成了柠檬精。不久,她“被失恋”,他结实的双臂搂住她,“不还有我么?”温弗甩不开他,恼怒地一口咬住他的手臂,超使劲的那种。他眸色淡淡,一言不发。温弗看着他手臂中一圈紫色圆形牙印,“疼么?”荣西浔一把搂住她,将她按在怀里,“疼,你要怎么补偿我?”他眼神灼灼,温弗心乱跳,强作镇定,“大……大不了,让你咬回来呗。”他勾唇看着举到跟前的白皙手臂,一把握住,慢慢凑近,张开了嘴。温弗闭上眼以为他要咬时,他却闻了闻,“好香的猪蹄。”这……是什么骚操作。倨傲酷比富家公子VS美丽随性翻译员
  • 文娱的良心

    文娱的良心

    有人说,他是文娱界的良心。说这话的人,你的良心不会痛吗?……很多年以后,人们不记得十一的挖坑不填、死女主、死男主……人们只记得他那颗善良的心。——————PS:此文有毒,主角有病,病得不轻,报复心极重,娱乐而已,不必较真……书友群203384119。
  • 海贼王之异乡人

    海贼王之异乡人

    穿越者西格意外的从猎人世界穿越到了海贼世界,他却只想回到上一个世界,完成自己该做的事。然而世事难料……(新人练笔渣作,望轻喷)