黑洞的演化過程

本文格式為Word版，下載可任意編輯——黑洞的演化過程黑洞是怎樣形成的黑洞演化過程簡述黑洞形成的過程黑洞形成的理由和過程

黑洞是時空曲率大到光都無法從其視界逃脫的天體，導(dǎo)致黑洞形成需要哪些因素呢?以下是由我整理關(guān)于黑洞是怎樣形成的內(nèi)容，夢想大家熱愛!

黑洞的形成

形成過程

跟白矮星和中子星一樣，黑洞也是由恒星演化而來的。

當(dāng)一顆恒星衰弱時，它的熱核回響已經(jīng)耗盡了中心的燃料(氫)，由中心產(chǎn)生的能量已經(jīng)不多了。這樣，它再也沒有足夠的氣力來承受起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下，核心開頭坍縮，直到結(jié)果形成體積小、密度大的星體，重新有才能與壓力平衡。

質(zhì)量小一些的恒星主要演化成白矮星，質(zhì)量對比大的恒星那么有可能形成中子星。而根據(jù)科學(xué)家的計算，中子星的總質(zhì)量不能大于三倍太陽的質(zhì)量。假設(shè)超過了這個值，將再沒有什么力能與自身重力相抗衡了，從而引發(fā)另一次大坍縮。根據(jù)科學(xué)家的揣摩物質(zhì)將不成阻擋地向著中心點(diǎn)進(jìn)軍，直至成為一個體積趨于零、密度趨向無限大的"點(diǎn)'。而當(dāng)它的半徑一旦收縮到確定程度(史瓦西半徑)，巨大的引力就使得即使光也無法向外射出，從而切斷了恒星與外界的一切聯(lián)系"黑洞'誕生了。

形成理論

任何兩個物體之間都存在這種吸引作用。物體之間的這種吸引作用普遍存在于宇宙萬物之間，稱為萬有引力。宇宙星體所產(chǎn)生的引力場(和星體的質(zhì)量及密度有關(guān))越大，從其外觀逃逸所需的極限速度就越大。假設(shè)這個引力場大到某個極限，使以光速運(yùn)動的物體也不能解脫它的束縛而逃逸，那么人們將無法查看到這個星體，僅能感受到它的引力效應(yīng)。巨大黑洞質(zhì)量可能是太陽的幾十萬、幾百萬或幾千萬倍。由于他質(zhì)量無窮大，使得其他物體能脫離他的速度也需要很大。這個逃逸速度假設(shè)超過了光速，光也會被吸納。所以，光逃離不了。人們也就看不到黑洞。

黑洞的概述

黑洞是一個空間時間區(qū)域，它的最外圍是光所能從黑洞向外到達(dá)的最遠(yuǎn)距離，這個邊界稱為"事情視界'。它宛如一個單向的膜，只允許物質(zhì)穿過視界并落到黑洞里去，但沒有任何物質(zhì)能夠從里面出來。

"黑洞'很輕易讓人望文生義地想象成一個"大黑窟窿'，其實不然。所謂"黑洞'，就是這樣一種天體：它的引力場是如此之強(qiáng)，就連光也不能逃脫出來。說它"黑'，是指它就像宇宙中的無底洞，任何物質(zhì)一旦掉進(jìn)去，"貌似'就再不能逃出。實際上黑洞真正是"隱形'的。

黑洞的演化過程

黑洞就是中心的一個密度無限大、時空曲率無限高、體積無限小的奇點(diǎn)和周邊一片面空空如也的天區(qū)，這個天區(qū)范圍之內(nèi)不成見。依據(jù)阿爾伯特-愛因斯坦的相對論，當(dāng)一顆垂死恒星崩潰，它將聚集成一點(diǎn)，這里將成為黑洞，吞噬鄰近宇宙區(qū)域的全體光線和任何物質(zhì)。

黑洞的產(chǎn)生過程類似于中子星的產(chǎn)生過程;某一個恒星在打定滅亡，核心在自身重力的作用下急速地收縮，塌陷，發(fā)生強(qiáng)力爆炸。當(dāng)核心中全體的物質(zhì)都變成中子時收縮過程立刻中斷，被壓縮成一個密實的星體，同時也壓縮了內(nèi)部的空間和時間。但在黑洞處境下，由于恒星核心的質(zhì)量大到使收縮過程無休止地舉行下去，中子本身在擠壓引力自身的吸引下被碾為粉末，剩下來的是一個密度高到難以想象的物質(zhì)。由于高質(zhì)量而產(chǎn)生的氣力，使得任何靠近它的物體都會被它吸進(jìn)去。黑洞開頭吞噬恒星的外殼，但黑洞并不能吞噬如此多的物質(zhì)，黑洞會釋放一片面物質(zhì)，射出兩道純能量射線。

也可以簡樸理解：通常恒星的最初只含氫元素，恒星內(nèi)部的氫原子時刻相互碰撞，發(fā)生聚變。由于恒星質(zhì)量很大，聚變產(chǎn)生的能量與恒星萬有引力抗衡，以維持恒星布局的穩(wěn)定。由于聚變，氫原子內(nèi)部布局最終發(fā)生變更，破碎并組成新的元素氦元素，接著，氦原子也參與聚變，變更布局，生成鋰元素。如此類推，按照元素周期表的依次，會依次有鈹元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成，直至鐵元素生成，該恒星便會坍塌。這是由于鐵元素相當(dāng)穩(wěn)定，參與聚變時不釋放能量，而鐵元素存在于恒星內(nèi)部，導(dǎo)致恒星內(nèi)部不具有足夠的能量與質(zhì)量巨大的恒星的萬有引力抗衡，從而引發(fā)恒星坍塌，最終形成黑洞。說它"黑'，是由于它的密度無窮大，從而產(chǎn)生的引力使得它周邊的光都無法逃逸。跟中子星一樣，黑洞也是由質(zhì)量大于太陽質(zhì)量好幾倍以上的恒星演化而來的。

當(dāng)一顆恒星衰弱時，它的熱核回響已經(jīng)耗盡了中心的燃料(氫)，由中心產(chǎn)生的能量已經(jīng)不多了。這樣，它再也沒有足夠的氣力來承受起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下，核心開頭坍縮，物質(zhì)將不成阻擋地向著中心點(diǎn)進(jìn)軍，直到結(jié)果形成體積接近無限小、密度幾乎無限大的星體。而當(dāng)它的半徑一旦收縮到確定程度(確定小于史瓦西半徑)，質(zhì)量導(dǎo)致的時空扭曲就使得即使光也無法向外射出"黑洞'就誕生了。

吸積

黑洞通常是由于它們圍攏周邊的氣體產(chǎn)生輻射而被察覺的，這一過程被稱為吸積。高溫氣體輻射熱能的效率會嚴(yán)重影響吸積流的幾何與動力學(xué)特性。觀測到了輻射效率較高的薄盤以及輻射效率較低的厚盤。當(dāng)吸積氣體接近中央黑洞時，它們產(chǎn)生的輻射對黑洞的自轉(zhuǎn)以及視界的存在極為敏感。對吸積黑洞光度和光譜的分析為旋轉(zhuǎn)黑洞和視界的存在供給了強(qiáng)有力的證據(jù)。數(shù)值模擬也顯示吸積黑洞經(jīng)常展現(xiàn)相對論噴流也片面是由黑洞的自轉(zhuǎn)所驅(qū)動的。

通常天體物理學(xué)家會用"吸積'這個詞來描述物質(zhì)向中央引力體或者是中央延展物質(zhì)系統(tǒng)的滾動。吸積是天體物理中最普遍的過程之一，而且也正是由于吸積才形成了我們周邊大量常見的布局。在宇宙早期，當(dāng)氣體朝由暗物質(zhì)造成的引力勢阱中心滾動時形成了星系。即使到了今天，恒星照舊是由氣體云在其自身引力作用下坍縮碎裂，進(jìn)而通過吸積周邊氣體而形成的。行星(包括地球)也是在新形成的恒星周邊通過氣體和巖石的聚集而形成的。當(dāng)中央天體是一個黑洞時，吸積就會呈現(xiàn)出它最為宏偉的一面。黑洞除了吸積物質(zhì)之外，還通過霍金蒸發(fā)過程向外輻射粒子。

蒸發(fā)

由于黑洞的密度極大，根據(jù)公式我們可以知道密度=質(zhì)量/體積，為了讓黑洞密度無限大，那就說明黑洞的體積要無限小，然后質(zhì)量要無限大，這樣才能成為黑洞。黑洞是由一些恒星"滅亡'后所形成的死星，它的質(zhì)量極大，體積微小。但黑洞也有滅亡的那天，按照霍金的理論，在量子物理中，有一種名為"隧道效應(yīng)'的現(xiàn)象，即一個粒子的場強(qiáng)分布雖然盡可能讓能量低的地方較強(qiáng)，但即使在能量相當(dāng)高的地方，場強(qiáng)仍會有分布，對于黑洞的邊界來說，這就是一堵能量相當(dāng)高的勢壘，但是粒子仍有可能出去。

霍金還證明，每個黑洞都有確定的溫度，而且溫度的上下與黑洞的質(zhì)量成反比例。也就是說，大黑洞溫度低，蒸發(fā)也微弱;小黑洞的溫度高蒸發(fā)也猛烈，類似強(qiáng)烈的爆發(fā)。相當(dāng)于一個太陽質(zhì)量的黑洞，大約要1后面66個0年才能蒸發(fā)殆盡;相當(dāng)于一顆小行星質(zhì)量的黑洞會在1小數(shù)點(diǎn)后面21個0加1012秒內(nèi)蒸發(fā)得干明凈凈。

消逝

黑洞會發(fā)出奪目的光彩，體積會縮小，甚至?xí)?。?dāng)英國物理學(xué)家史蒂芬霍金于1974年做此預(yù)言時，整個科學(xué)界為之震撼?；艚鸬睦碚撌鞘莒`感支配的思維的飛躍，他結(jié)合了廣義相對論和量子理論，他察覺黑洞周邊的引力場釋放出能量，同時消耗黑洞的能量和質(zhì)量。

假設(shè)一對粒子會在任何時刻、任何地點(diǎn)被創(chuàng)生，被創(chuàng)生的粒子就是正粒子與反粒子，而假設(shè)這一創(chuàng)生過程發(fā)生在黑洞鄰近的話就會有兩種處境發(fā)生：兩粒子湮滅、一個粒子被吸入黑洞。"一個粒子被吸入黑洞'這一處境：在黑洞鄰近創(chuàng)生的一對粒子其中一個反粒子會被吸入黑洞，而正粒子會逃逸，由于能量不能憑空創(chuàng)生，我們設(shè)反粒子攜帶負(fù)能量，正粒子攜帶正能量，而反粒子的全體運(yùn)動過程可以視為是一個正粒子的為之相反的運(yùn)動過程，如一個反粒子被吸入黑洞可視為一個正粒子從黑洞逃逸。這一處境就是一個攜帶著從黑洞里來的正能量的粒子逃逸了，即黑洞的總能量少了，而愛因斯坦的公式E=mc^2說明，能量的損失會導(dǎo)致質(zhì)量的損失。

當(dāng)黑洞的質(zhì)量越來越小時，它的溫度會越來越高。這樣，當(dāng)黑洞損失質(zhì)量時，它的溫度和放射率增加，因而它的質(zhì)量損失得更快。這種"霍金輻射'對大多數(shù)黑洞來說可以疏忽不