最“好吃”的天体

最“好吃”的天体

在宇宙中有一种天体，它质量很大很大，体积却很小很小；它“胃口”很好，可以吞噬接近它的一切物体，甚至连光也无法从它的势力范围逃脱。人们看不见它，所以就给它取了个名字——黑洞。黑洞到底是一种什么样的天体呢？一起来认识一下吧。

黑洞，从科幻世界走向现实

星体的质量越大其引力也越大，某些天体的引力大到极致，就连光线也会被吞噬进去。200多年前，就有人提出过宇宙中存在着黑洞之类天体的猜想。

100多年前，爱因斯坦的广义相对论的出现，为这个猜想得到确认做好了理论准备。卡尔·史瓦西运用爱因斯坦方程式，提出了一个观点。这个观点认为，质量巨大的星体一旦缩小到某种程度，即使光线也无法射出。这一观点，从物理学角度预言了黑洞的存在。

20世纪30年代，人们已经知道了恒星（如太阳）的能量（如光、热）是由核反应产生的。如果想进一步了解星体的一生，那么，黑洞是否存在，就急需被确定。有人猜测说，恒星在晚期时，会发生超新星爆炸，中心残留的星体会无限聚缩，这在科学家中间已经得到广泛的认同，但对于一般人而言，黑洞还只是科幻世界中的东西。直到50多年前，X射线天文学的出现，黑洞才被大多数科学家认为是真实存在的。

“白洞”是什么洞

黑的反义词是白。那既然有只“进”不出的黑洞，是否其对立面还有一个只“出”不进的白洞呢？

在广义相对论里，就预言了一种性质正好与黑洞相反的特殊天体——白洞。按照白洞理论，白洞是宇宙中的喷射源，可以向外部区域提供物质和能量，但不能吸收外部区域的任何物质和辐射，因此白洞是一个只发射、不吸收的特殊天体，与黑洞正好相反。

白洞目前还仅是一种理论模型，尚未被观测到，因此目前还无法证实。

恒星到了晚期就可能变成黑洞

恒星因核反应产生光芒，晚期因燃料耗尽，无法继续核反应而终结一生，黑洞被认为是恒星“死亡姿态”的一种。

质量相当于太阳8倍左右的恒星一旦耗尽了核反应材料，会变成巨大的红色天体“红色巨星”，其星体会向周围膨胀，形成行星状星云，中心部分成为白矮星，其密度高达每立方厘米10吨。也就是说，像一粒大花生米的物质就有10吨重。

质量相当于太阳20倍左右的恒星到了晚期，即使变成了红色巨星，其中心部分还继续着核反应，最终只残留下由铁构成的中心核。如果核反应无法再持续下去，星体就会受到自身引力的作用，开始塌陷，铁的原子核被压破，电子和质子聚合成中子，星体中心部分成为中子核。随后，由于重力作用，周围的物质被中心核所吸引，但又被中子的能量剧烈激飞——这就是超新星爆发，残留的中心核就成了中子星。

质量比太阳大20倍以上的恒星，其重力超过了中子的能量，超新星爆发后，中心核继续收缩。这种收缩以势不可当的力量一直持续着，在接近其中心部分，达到了连光线也无法逃逸的境界，于是黑洞就诞生了。

无限收缩的中心核，有着超乎想象的密度。举例来说，如果太阳要变成黑洞的话，在质量保持不变的情况下，其体积要压缩到直径只有6千米， 如果是地球的话，那就必须压缩到直径1厘米的大小。

黑洞也是一种天体

如果太阳的质量不变，即使收缩变成黑洞，太阳系中的行星在其轨道上也不会受到影响。质量相同，从引力这一点来看，恒星和黑洞是一样的。

离星体中心的距离不同，物体受到的引力也不一样，越接近中心，受到的引力也就越大。如果离质量相同的星体和黑洞的距离相等，受到的引力也相同。但是，一般星体和黑洞有个决定性的区别：星体的直径都较大，距离星体越近，引力就会变得越强，直到到达了星体的表面后，引力的增加也就到此为止了。而黑洞的密度极大，体积很小，可能成一个点，所以可以无限地接近，因此物体感受到的引力也就比星体强大得多，以致连光线也无法逃脱的超强重力领域，这是黑洞独有的特征。

看不见却能找得到

黑洞虽然真实存在，但因为其不可见，所以人们无法直接找到它。但是，黑洞周围的物质（如气体）受其重力的吸引，围绕着黑洞旋转形成吸积盘。旋转的气体相互摩擦被加热，吸积盘放射出X射线发出强烈的光芒。根据X射线天文卫星的观测，我们可以得知“看不见的天体”真实存在着。

另外，黑洞超强的引力，在某些环境会产生剧烈的物理现象：它不光会吞吸物质，也会激喷出一部分物质（喷气）。电波观测发现，在宇宙的许多地方都有这种喷发现象，这有助于黑洞的发现。

银河系中心，也许存在着巨大的黑洞

我们介绍了恒星的末期形态——质量比太阳大几倍到几十倍的黑洞。但银河中还存在着质量比太阳的质量大100万倍、1 000万倍、几十亿倍的超大黑洞。这些超级黑洞不是由一颗恒星所能诞生的，它们是存在于银河中心的黑洞。1990年以来，银河中心存在着巨大的黑洞，这一观点逐渐得到了确认。但它是如何产生的，目前还不是很清楚。

我们知道，银河中心地带有恒星在高速旋转着。这些恒星没有到处飞散，其中心就必定存在着拥有巨大质量的天体。科学家认为这应该是超巨大的黑洞。

黑洞可能是与银河的诞生和发展极为相关的重要天体。

来源｜《科学大众·小诺贝尔》