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天文知识——黑洞

2011年1月4日 AEROFISH 2,047 views 发表评论 阅读评论

宇宙中众多奇特的天体中,最神秘的应属“黑洞”了,要理解它,关键要从引力问题开始。

每个物体都会产生一个引力场。物体质量越大,越是靠近中心,引力场越强。

万有引力公式:F=(GmM)/(R2),
式中:F表示两物体的引力,G表示引力常数(6.67×10-11N·m2/kg2),m和M表示两个物体分别的质量,R2表示两物体质心的距离平方。
由此可见,两物体间的引力,与质量成正比,与距离平方成反比。

两物体在引力场的作用下,会互相吸引,或者环绕运行,而要脱离这个引力场的最小速度被称为“逃逸速度”。在地球表面逃逸速度为11.2km/s;木星比地球大,表面逃逸速度为60.5km/s;太阳更大,表面逃逸速度为617.4km/s。

表面逃逸速度公式:v=√(2GM)/R
式中,v为表面逃逸速度,G为引力常数,M为天体质量,R为逃逸体到天体质心的距离。

用太阳举例黑洞的形成:

太阳质量:1.989×1030kg;直径:1.392×109m。
太阳的热核反应和引力趋于平衡,这时表面逃逸速度为617.4km/s,假如太阳燃料耗尽,开始塌缩,全部物质都紧紧压缩到一起,就连原子都压碎了,原子核压到一起,自由电子分离出来,在电子简并压力的平衡下,太阳变成为直径只有4.8×107m的由原子核和离散的电子组成的“白矮星”。这时表面逃逸速度为3325km/s。
如果进一步压缩太阳,电子也被压入了原子核,形成中子,太阳就变成了“中子星”。这时,直径只有14.5公里,表面逃逸速度高达193000km/s。
假如再进一步压缩太阳,使太阳直径为5.8km,这时表面逃逸速度大于300000km/s,连光都逃逸不了了,就成为了“黑洞”。

事实上我们的太阳不太可能会变成“黑洞”,其最终会相当平静的坍缩成为“白矮星”。而质量更大的恒星,在坍缩前会先发生爆炸,从而失去部分能量。如果爆炸后的剩余质量大于1.44倍太阳质量,它将会坍缩成“中子星”,如果剩余质量超过太阳质量的3.2倍,它必定会坍塌成为“黑洞”。

黑洞的观测:

黑洞由于连光线都逃不出来,不能用传统方法来观测。目前科学界找到了一种方法。如果物质落入黑洞中,就会在“掉进去”的过程中发出X射线。只要这个落入量足够大,我们就能检测到。

最理想的就是两颗互相环绕的巨星,其中之一变成黑洞,但两者还是在作相互环绕运行。黑洞会不断的吸收另一颗伴星的物质,从而辐射出强烈的X射线。

最早发现的一个。1965年发现的天鹅座X射线源,被命名为"天鹅座X-1"。后来精确测定出该X射线源位于暗星HD-226868的附近。HD-226868离地球10000多光年,质量30个太阳。HD-226868与天鹅座X-1为周期5.6天相互环绕运行的两颗星体。天鹅座X-1质量大约在5~8个太阳,目前公认为黑洞。

根据对宇宙中X射线源的观测,发现了许许多多的X射线源,其中一部分应该为黑洞。在我们银河中心的就有发现强烈的X射线源,估计为质量超过400万个大阳的黑洞。


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