黑洞是通过爱因斯坦广义相对论预测出的一种特殊天体,由于它的巨大质量,使得其周围空间发生强烈弯曲,以致于光线按照这种弯曲后的空间传输,怎么逃离不出黑洞的史瓦西半径之外,在外界看来黑洞“只进不出”,无法通过仪器设备直接观测出来。在2019年时,科学家们通过特殊的方法观测到了在距离我们5500万光年的地方,即室女座星系M87中心存在一颗超大质量的黑洞,并且成功拍摄出了人类历史上第一张黑洞照片,从而进一步证实了黑洞的存在。这不,就在前不久,科学家们又打破了这一黑洞与地球的距离纪录,在南半天区的望远镜座中发现了一个距离地球仅1000光年的黑洞HR6819,有两颗恒星围绕着它运行,这么近的距离,会不会对地球产生影响呢?
黑洞的形成
黑洞的形成,与恒星的演化历程密不可分。恒星在主序期内,由于内部的核聚变向外产生一定的辐射压,而恒星外壳物质在重力作用下会有向内移动的趋势,这两种力如果处于平衡状态,则恒星的状态会保持相对的稳定。不过,恒星在主序期内,每时每刻这两种力都在发生着互相的抗衡。
如果重力因素占了上峰,则恒星物质就会向内进行一定程度的坍缩,在坍缩过程中外部组成物质之间、以及与内部物质之间都会发生激烈的碰撞产生大量能量,同时一部分重力势能也会转化为热能,从而推动提升核心区的温度,既而提升核聚变的反应强度,最终使得向外的辐射压升高,与外壳重力又实现了平衡的状态。如果向外的辐射压占了上峰,则情况正好相反,辐射压推动恒星外壳物质逐渐向外扩张,体积发生膨胀,一部分辐射能量转化为重力势能,核心区参与反应的物质逐渐减少,内核温度下降,核反应程度相应降低,从而拉低辐射压强度,结果也是与重力相互平衡。
以上是恒星处于主序期不断反复进行的过程,而当恒星在生命尾声时,参与核反应的物质数量将不断减少,当不能达到新生成物质的核聚变温度条件时,核反应就会慢慢停止。即使因外壳坍缩后,也带入不了更多的核聚变原料物质,也达不到之前核聚变产生新物质继续发生核聚变的条件,这样恒星就会发生剧烈的坍缩现象,体积迅速减少,内核温度迅速升高,之后根据核心残余质量的不同,恒星接下来将发生不同的命运。
如果残余质量小于太阳质量的1.4倍时,就会演化为白矮星;如果质量处于1.4倍和3.2倍太阳之间,则巨大的坍缩带来的压力,会将恒星内部原子中的电子压进原子核之中,形成中子,同时剧烈的坍缩产生的反弹激波会将原来恒星大部分的组成物质抛洒到宇宙空间中,形成超新星爆发,剩余的核心区物质演化形成中子星。如果残余的质量大于3.2倍太阳质量,则坍缩的重力仍会大于中子之间的简并压力,中子也将会被压碎,继续向着核心区的中心进行无限压缩,最终形成密度非常大的小型“奇点”,黑洞就这样形成了。
以上就是我们目前通过恒星演化过程推测出来的黑洞形成过程,除此之外,其实黑洞还有两种形式,一个是在星系中央的超大质量黑洞,是为维系着整个星系能够正常稳定运行提供必要的引力支撑;另外一个是在宇宙大爆炸之后形成的原初黑洞,体积有可能仅有质子大小,质量也较小仅和地球等行星差不多。这个原初黑洞目前来看还仅是一种假设,是从宇宙大爆炸之后的瞬间物质密度过于集中,温度非常之高,或许有大量的等离子体态的物质,直接会因引力发生坍缩现象形成黑洞。
黑洞的特性及观测方法
由于黑洞形成的特定条件,在广义相对论的描述下,黑洞的所有质量都将集中到那个特殊的小型“奇点”之上,在这个奇点的周围一定区域,在时空弯曲的影响下,连光线都无法逃离,这个区域边界就叫作事件视界。黑洞的主要特性有:
在事件视界之内,由于我们侦测不到任何来自内部的信息,所有我们无法对黑洞进行直接观测。
同样在事件视界之内,即使最快速的光线,也无法逃离,也就是说黑洞事件视界以内的逃逸速度要大于光速。
从外界描述黑洞的性质,只能从质量、角动量、带电性3个方面来对其宏观特性进行阐述。
黑洞的质量会因为黑洞的量子蒸发(霍金辐射)而不断减少。
既然黑洞不能直接被观测,但是由于它的强大引力作用,会使其周围的恒星或者其它星体发生引力扰动,而且黑洞在吸聚物质时也会产生一定的电磁作用,从而会被天文望远镜所捕捉到,从而间接地对黑洞进行定位。科学家们常用的观测方法主要包括:
引力透镜法:从黑洞以外处照射到黑洞视界以外的光线,通过黑洞时会发生一定弯曲,这些弯曲后的光线会有一定几率照射到地球,从地球上观测就有可能产生引力透镜现象,从而在目标区域看到一个或者多个像。
吸积盘法:当黑洞从外界不断吸积物质时,被吸入的物质由于被强烈压缩,之间产生强烈的摩擦,形成明显的粘滞作用,黑洞视界周围区域绕行轨道内的物质会向中心处螺旋前进,从而使物质温度大幅提升,产生高强度的电磁辐射,黑洞吸积盘中的电磁辐射主要以X射线为主。
引力扰动法:对于那些没有被观测到引力透镜效应或者吸积盘的黑洞,如果在其周围存在着异常运动的恒星,则可以判断出黑洞的存在,比如恒星围绕着一个中心旋转,或者两颗恒星本应围绕它们的共同质心运动,结果这个中心不是它们的共同质心,而是另外一个中心,等等。刚才发现的1000光年之外的黑洞,其发现的方式就是通过这个引力扰动的方法获得的,那两颗恒星就像太阳系的两颗行星围绕着太阳运动一样,也不是相互绕行。
另外,还有通过探测黑洞合并时形成强烈的引力波效应,这样的一种间接方式探知黑洞存在的方法。
HR6819黑洞会对地球产生影响吗?
根据黑洞的特性,物质到达其事件视界以内,就会被无情地被吞噬掉,被巨大的压力粉碎为亚原子级别。从某种意义上来说,黑洞与中子星、恒星的引力作用相似,只是由于黑洞的密度极其大,视界以内完全无法进行直接观测,而使其面貌无比神秘而已。
对于呈现比较“安静”状态的黑洞来说,其对其它星体的影响还是比较小的,因为它不会去主动“吞噬”任何东西,而只有外来闯入者才会被它吞噬。但是宇宙中还有一部分相当不“顽皮”的黑洞,其是处于快速的运动之中的,这样的黑洞对于其它星体来说威胁就非常大了,沿途经过路线中只要进入其事件视界以内的所有物质,都会被黑洞主动地吞噬掉,即使没有进入视界以内的星体,在其强大引力作用下,也会使原有星体的运动轨迹发生重大变化,极有可能会使恒星系发生重组,如果这个恒星系中存在着生命形式,那么对其的打击和影响也是覆灭性的。
幸好,这次观测到的黑洞移动方向和地球是相背的,即它正在逐渐地远离地球,现在不会将来也不会对地球产生任何影响。但是,此次的黑洞发现,并未探测到黑洞吸积盘的存在,也没有其它明显的间接观测特征,科学家们只是利用了两颗恒星运动的规律异常推测出这种黑洞的存在,至于以后有没有别的黑洞,打破这个与地球距离的最短纪录,或者会不会有朝向地球运行的黑洞,都还是未知数。
欧洲天文台发现一个距离很近的黑洞,是会对地球造成危险的,因为黑洞是要不断的吸收宇宙的行星不断的扩大自己的领域。
这个黑洞距离地球1000光年,只是安静地呆在特定的轨道上和它周围的两颗恒星相互绕转,周围的两颗恒星都没吸进去,就不用说距离这么远的地球了。
会,因为黑洞可以吸收它周围一切物质包括光,所以可能会对地球造成威胁。