本帖最后由 DR.小夜 于 2013-2-18 16:06 编辑
首先来介绍一下:黑洞是引力收缩的终极形式,是一个只允许外部物质和辐射进入而不允许物质和辐射从中逃离的边界即视界(event horizon)所规定的时空区域,有着极高的致密度,我们无法直接观测到它,只能根据光的偏折现象和发出的射线来推断出它的存在。
黑洞一般分为巨型黑洞(质量可以达到数十亿个M☉,尺度可能达到太阳系这么大),中等质量黑洞,恒星级黑洞(3M☉-几十M☉),微型黑洞(可以为10^-15m,即只有质子大小,但质量可达到10^9 吨)。黑洞最主要的特征是极高的致密度而不是密度,我们都知道,密度ρ=M/V。致密度的定义是引力半径/实际半径,也叫做引力参数。引力参数越接近1,就越接近黑洞状态。上边提到的恒星级黑洞的密度(注意这里是密度!)可以达到2×10^15g/cm³,但是同样属于黑洞的星系级巨星黑洞的密度却是和水差不多的~ 下边开始说一说黑洞的物理机制,这个主要是恒星形成黑洞的机制,有些并不适用于巨型黑洞!奥本海默等物理学家运用广义相对论方程计算了没有热核反应的大质量“冷”恒星,在击败了中子简并压力后,坍缩到史瓦西半径(Rs=2GM/c²,G:万有引力常数,M:天体质量,c:光速;所以Rs只和质量有关)以内形成黑洞的过程,最后的结局是,物质连同时空一起坍缩到任何物质和能量都不能逃脱的范围内,集中到一个体积为零,密度无限大的点——奇点(这只是一个几何点,不是实际存在的)达到这种状态的恒星就丧失了向外部发送任何信号的可能性,即成为黑洞。能坍缩成黑洞的冷恒星,质量数至少要达到奥本海默极限(中子星质量上限,约为3M☉)
所以,如果宇宙中有一颗质量超过3 M☉的停止了一切热核反应的恒星,它将坍缩成为黑洞。现在已知银河系中的恒星,很大一部分质量都超过了3 M☉,100 M☉以上的也不少见。但是为什么由它们形成的黑洞却很少?恒星在几十亿年甚至更长的演化过程里都在以星风的形式损失能量(放在太阳身上就是太阳风~~),在主星序阶段,质量丢失不多,但是在演变到主序后期将以行星状星云或超爆等形式大量丢失质量。恒星质量越大,星风损失越严重。大质量恒星在临终时,将在超爆过程中丢失全部或绝大部分质量,无论恒星的初始质量多大,星风或超爆造成的质量损失可能使其最后质量小于3 M☉,这样恒星演变成黑洞的可能性就没有了;但如果损失后的质量仍然大于3 M☉,就可能会演变成黑洞。 质量在10M☉-100M☉的恒星,在热核反应停止并经历超新星爆发后,有两种可能形成黑洞的情况:
1.简并核心的质量大于奥本海默极限即3M☉时,坍缩将直接导致黑洞形成。
2.核心质量小于奥本海默极限,形成中子星,但其引力范围内仍有被抛射后的残余物质被引力拉回中子星表面,这样积累到质量超过奥本海默极限,由中子星再次坍缩成为黑洞。
在有物质交换的双星系统里,如果其中一颗已经形成中子星,在这之后很长一段时间内,中子星凭借其引力强大,将会不断捕获来自伴星的物质并留存堆积,由于积累速度慢,不至于引起爆发炸散这些物质,直到总质量堆积到超过奥本海默极限而坍缩成为黑洞。
以上就简单说明了现阶段被广泛认可的黑洞形成的物理机制,窝也尽量用自己的语言表述的简洁易懂,因为是自己一点一点打出来的,如果看的时候发现哪里有错误请及时留言告诉我,我来更正 |