銀河系中心黑洞的證實 我們所處的銀河系是一個棒旋星系,主要由恒星、行星、衛星、彗星、小行星、星云物質等組成,總質量在4.2*10^41千克,直徑達到16萬光年,其中恒星的數量在1000-4000億顆之間。我們的太陽系處在銀河系的獵物座懸臂上,距離銀河系的中心大約2.5萬光年,以每秒200多公里的速度繞著銀河系中心高速運轉,公轉一圈所需的時間長到2億多年。 ![]() 由于黑洞的引力極大,甚至連光線都被牢牢吸住逃逸不出來,因此黑洞是不能直接被觀測到的,但是可以通過間接的方式,即通過觀測它對周圍星體的影響來確認它的存在。一般情況下,一個大質量黑洞由于噴流作用,會在其周圍存在著圍繞它周期性運行的熱斑,在光譜分析中呈現紅外輻射的“搖擺性”。另外,當一個星體被黑洞吸入之后,會釋放強烈的紫外線和X射線,這些都可以作用黑洞是否存在的間接證據。 ![]() 通過科學家們長期對銀河系中心的觀測,發現銀河系中心具有3個可見性熱斑,而這3個耀斑經過深入分析,判定是中心黑洞引力透鏡的產物,在此基礎上模擬出銀河系中心黑洞的吸積盤。與此相對應的,科學家們觀測到銀河系中心區域至少存在著400萬顆恒星,這里是銀河系中恒星密度最大的區域,而且通過專門天文望遠鏡和軟件,確認了這些恒星以極快的速度和比較穩定的軌道運動軌跡圍繞中心運轉,從而驗證了銀河系中心擁有強大的引力場,而達到這個引力級別的只有黑洞才可以。 銀河系中心黑洞Sgr A* 早在1974年,銀河系中心的黑洞,就通過上述的方法被間接觀測到,但其質量大小和運行規律因無法直接觀測而不得而知。直到2002年,德國馬克斯-普朗克研究所通過多年對黑洞Sgr A*周圍特定恒星和星云物質的觀測,估算出了銀心中心黑洞Sgr A*的質量大約為太陽質量的400萬倍。 ![]() 同時,根據科學家們的觀測,在銀河系中心區域密集的恒星區內,存在著大量的“年輕”恒星,而且運行軌跡比其它區域的恒星要“零亂”得多。根據現代天文學理論的相關研究結果,這些“年輕”恒星不太應該出現在此區域,表明只能是從別處生成而被引力吸進此區域的。而恒星運行的非常規性,表明還應該受到其他巨大引力的影響。后來經過更深入的間接觀測,在銀心區域,除了最巨大的黑洞Sgr A*之外,還存在著至少上千個小型的黑洞,而且Sgr A*正在以不斷加快的速度吞噬著這些小型黑洞和周圍其他星體和星際物質。 黑洞的形成 黑洞的形成過程,其初期和大多數恒星一樣,是隨著恒星內部核聚變進程的變化所引發的結果。對于質量較小的恒星,當內部氫的核聚變達到尾聲時,在核心區不能繼續引發氦的聚變反應,燃料耗盡會最終形成紅矮星。對于質量和太陽相近的中等恒星,在生命尾聲階段形成紅巨星,可以繼續引發氦的聚變反應,最終形成白矮星和黑矮星。而對于質量超大的恒星,內部核聚變可以一直持續到鐵元素為止。 ![]() 在此過程中,大質量恒星會形成紅超巨星,內核對恒星表面的引力將大于向外的輻射壓力,紅超巨星發生塌縮。在強大的引力作用下,電子簡并壓不足以支撐重量產生的引力時,致使原子核外電子被壓進原子核,與質子結合形成中子,形成中子星。如果恒星的質量更大(達到奧本海默極限,3.2倍太陽質量以上),塌縮程度更強,以至于在最后階段向外拋灑大量的重元素物質,以超新星爆發的形式結束恒星的生命,最后形成黑洞。 黑洞的吞噬 黑洞對周圍天體由于引力作用而引發的吞噬現象,是宇宙中最壯觀也是最神奇的一幕。通過科學家的觀測,很多在黑洞周圍的物質,會隨著時間的推移而消失不見,可以推測出這些物質肯定是被黑洞的引力拖入了黑洞。只要天體達到黑洞的一個邊界,即事件視界,那么這個物體就永遠無法逃脫了。 ![]() 黑洞通過吸收周圍星際物質,自身質量不斷增大,黑洞也就不斷地“長大”,另外也可以通過多個黑洞結合的方式達到這一目的。當黑洞的質量隨著吞噬作用的加劇增長到一定程度之后,與之相對應的霍金輻射效應也明顯增強,霍金輻射是通過量子效應理論,推導出來的黑洞向外進行熱輻射的一種物質散發模式,黑洞質量越大、溫度越低,其霍金輻射的強度就越小,壽命就會越長,反之就會越短。 銀河系中心的黑洞能吞噬掉整個銀河系嗎? 經過科學家們的觀測,銀河系中心吞噬星際物質的速度要比之前明顯加快,依據是黑洞吞噬過程中向外釋放X射線產生的耀斑量,比以前增加了3倍左右,表明銀河系中心的黑洞成長速度正在加快,但是產生的深層次原因還需要天文學家們持續地進行觀測,在此基礎上進行深入方可明確結論。 黑洞吞噬周圍的星際物質,必須要滿足一定的條件,那就是這個星際物質已經接近中心黑洞的吸積盤區域,而且星際物質的運轉速度要比較低,方可被黑洞吞噬。而銀河系絕大多數區域都距離中心黑洞的吸積盤非常遙遠,這些星際物質在圍繞中心公轉的離心力與中心引力相平衡的條件下,保持著相對穩定的運轉狀態,幾十億年以來變化的幅度非常小,因此不用擔心銀河系會被中心的黑洞所吞噬。 |
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