恒星为什么能收缩、坍塌成黑洞?
刘文彪:恒星形成后,在其青壮年时期如太阳一样,内部在进行着剧烈的核聚变反应,呈现出向外膨胀或抛射物质的态势,这也是在不断消耗自身的能量;同时,在自身的引力作用下也呈现出收缩的趋势。经过数亿到数十亿年的演化,恒星内部聚变的能量逐渐耗竭,引力的塌缩效应逐渐起主导作用。强烈的塌缩可能引发爆炸,并伴随着恒星物质的抛射,当最终剩余的物质质量大于3个太阳质量时,恒星将不断塌缩,巨大的引力将切断星体中所有物质与外界的联系,最终形成黑洞。
辽宁日报:黑洞的“黑”是不是由于“无光”,既然任何物质都出不来,我们怎样知道它的存在?
刘文彪:黑洞首先是“算”出来的。早在18世纪末,基于牛顿力学的原理,法国科学家拉普拉斯就提出了黑洞的概念。他认为有一种星体,如果能够吸引住包括光线在内的所有物质而不允许其逃逸,看上去就会像一个黑漆漆的洞。 20世纪初,爱因斯坦等科学家从广义相对论引力场方程的球对称解出发,可以分析得出一个具有强大的引力的时空区域,这就是“黑洞”。当强大的引力导致恒星收缩到某一临界半径,这意味着包括光在内的任何辐射将完全无法逃逸,这个半径就是史瓦西半径。黑洞的存在,主要是通过视界面外的引力场来间接确定的。
辽宁日报:星际物质刚进入这个半径的圆周内就会被黑洞吞噬吗?
刘文彪:是的,实际上史瓦西半径内的区域是单向膜区,任何物质只要进入史瓦西半径内就没有一丝一毫的机会“向外”运动了,因此史瓦西半径是两个截然不同时空属性区域的临界点,人们又称其为 “视界”。视界以内的区域,就是广义相对论中所说的黑洞。
黑洞虽然十分可怕但地球远在“射程”之外
辽宁日报:黑洞的力量也会吞噬地球吧?
刘文彪:单从引力场的强度来说,黑洞能够吞噬包括恒星在内的任何物质,只要它足够接近黑洞的特征面“视界”。因此,黑洞当然可以吞噬作为太阳系中的一个普通行星的地球,这是毫无疑问的。地球只是宇宙中最普通的一颗恒星——太阳的一颗行星,在宇宙中可谓“沧海一粟”。如果距太阳系足够近的位置出现一个足够大的黑洞,即使太阳系不在黑洞的事件视界以内,这个黑洞产生的引力也有可能打破太阳系内各行星间的力的平衡,把行星扯离轨道,那对于地球上生活的人类来说也肯定是一场灾难。
黑洞的诞生以千万年计 未来千年没什么威胁
辽宁日报:有人担心我们地球会不会被黑洞吸入,这个有可能吗?
刘文彪:无论是银河系中心的超大质量黑洞还是恒星级的黑洞,目前看来没有对地球产生异常影响的任何迹象。黑洞确实可以吞掉地球,但问题在于我们地球甚至太阳系并不在这样黑洞吞噬和吸引范围之内,就如同大鲨鱼能吃人,但你在陆地的大山里,大鲨鱼怎么会吃到你。
辽宁日报:黑洞的作用还到不了地球?
刘文彪:是的,这是从“空间”上来说,从时间上来看,刚才已经介绍了黑洞产生的大致过程,像黑洞诞生和形成这样的天文事件是以千万年甚至亿年来计算的。与之相比,人类太渺小和短暂了,所以即使离地球较“近”的黑洞有什么变化,也是极其缓慢的,很难在未来千年的尺度上发生什么大变化,也就不会对地球产生什么实质性的影响。即使是新观测到银河系或其他星系某个黑洞的存在,它也是早已在那里存在,不会因为你发现了它,而有什么异常的变化。宇宙中天体的形成和演化类似于我们地球上生命的诞生和消亡,只是时间和空间尺度更大而已,本是十分平常的事情。我们大可不必为发现了黑洞而担心,因为我们的天文观测可以看到数十亿甚至上百亿光年的距离,是否发现黑洞只是我们对宇宙的认识是否更多一些而已。
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