『转』黑洞

peterwong

[ Last edited by peterwong on 22-1-2005 at 01:31 PM ]

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科学家发现除大型小型外的新中型黑洞

迄今为止天文学家发现的黑洞只有两类。一类是大型黑洞，它们坐落在一个星系的中心，质量是太阳的几百万倍甚至几十亿倍。另一类是小型黑洞，它们坐落在一个恒星附近，质量不过是太阳的几倍。但唯独没有发现质量在太阳的几十倍、几百倍和几千倍的中型黑洞。
　　正如美国哈佛-斯密森天文物理研究中心的科学家菲利浦•卡瑞特所说：“这里存在一个很大的缺口。”
科学家现在已经发现宇宙中几十个可能存在中型黑洞的地方，但还没有肯定这里一定有黑洞。根据美国《空间》杂志网站的报道，正是那位菲利浦•卡瑞特先生，认为他与同事一起发现了中型黑洞。
　　原来他的研究小组确定了从一个坐落在距离地球1000万光年的一片星云中心的X射线源发出的X射线强度，发现强度是我们太阳发出的X射线的几百万倍。而科学家都承认，当黑洞吞噬周围的恒星时才发射出X射线。
　　中型黑洞应该是在宇宙早期形成的，有的科学家还猜测，大型黑洞是在宇宙发展的过程中，通过中性黑洞的相互结合而形成的，因此，研究中型黑洞对研究宇宙的演变有很大意义。

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黑洞“艺术照”，它正吞噬着气体和尘埃盘，在另一面成为超热气流的尘埃盘被喷射出去。

欧洲天文学家发现30个位于遥远星系的超大质量黑洞，这项发现结果说明我们以前大大低估了宇宙黑洞的数量，宇宙中黑洞的数量至少是我们原来估计的两倍多。
　　超大质量黑洞通常有上百万至数十亿个太阳的质量。新发现的黑洞是我们长期寻找但是一直没发现的，因为它们隐藏在尘埃面纱的后面，并且身处的星系极其遥远以至于很难对它们进行细致观测。
新发现说明我们大大低估了超大质量黑洞数量，我们的估计至少是它们真实数量的1/2，甚至可能是1/5，领导此次研究的欧洲南方天文台的保罗-帕德万尼说。
　　“新”黑洞是利用欧洲天文物理学虚拟天文台发现的，虚拟天文台是一个汇集各种望远镜观测结果的天文台数据库。这次观测分析了三个望远镜的观测结果，它们是哈勃太空望远镜、钱德拉X射线望远镜和欧洲南方天文台位于智利的超大望远镜(VLT)。
　　这些黑洞都位于“活动”星系，意味着它们曾经非常活跃地吞噬了巨大数量的星系物质。我们的银河系也有超大质量黑洞，但是它们现在都不处于活跃期。在活动星系里，被称为环状圆盘(torus)的气体和尘埃的涡流盘，遮蔽着中心的黑洞，使它们模糊难辨。
　　环状圆盘看起来就像一个油炸圈饼，内部比较稀薄的部分叫做吸积盘(accretion disk)，它被加速到光速向黑洞螺旋前进。
　　黑洞不能真正地被看见，因为它们能够吸收所有近身它们的物质和光线。但是如果从上面观测一个活动星系，通过位于环状圆盘中心的洞会很清楚地看到吸积盘，天文学家据此推断出黑洞的存在。但是新的研究是从边缘观测星系，通过分析发射的各种波长的电磁波频谱推断黑洞的所在。

[ Last edited by peterwong on 21-1-2005 at 05:59 PM ]

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天文学家所观测到的黑洞

美国天文学家推测，在银河系中央还存在着一个中等体积黑洞，它吸引着成千上万太阳般大小的行星。这项研究发现有助于解释神秘黑洞在早期的体积形成中是如何越来越大的。
　　在天文学解释中，距离黑洞三至四光年的范围内是不会形成任何行星的，因为这里存在着强大的宇宙引力，吸引着较大气体云和浮尘云。这些气体云和浮尘云是形成行星的必然条件。但是，洛杉矶加利福尼亚大学天文学家布雷德•汉森(Brad Hansen)最新研究表示，超大空间的黑洞周围存在着行星，这些行星互相作用形成一个行星系。然而在天文学解释中这是行不通的，小于一千万年的行星就算 是新生的行星，而且在强大的宇宙引力作用下是不会形成行星的。这些行星究竟是如何形成的呢？
　　根据汉森和加利福尼亚理工学院同事的研究表明，有关这些行星较为可信的解释是，在行 星和黑洞之间存在一个安全距离--大约五光年左右距离。由于黑洞在一定距离的宇宙作用引力下，可以将这些行星紧密地吸引在一起。甚至在破坏性宇宙引力场的 情况下，也能吸引这些行星。在这些行星系中包括一个能容纳1000至10,000个太阳质量的小黑洞，并且这个小黑洞吸引着行星向着邻近体积更大的黑洞运 行。同时，中等体积的黑洞以当前一百年左右的旋转周期运行，当黑洞螺旋式的旋转时，会释放出许多的角动量并作用于这些行星。最终，这些行星会进入黑洞，使 黑洞的体积越来越大。汉森还表示，用哥白尼理论也可以解释位于银河系中央的神秘黑洞在银河系早期的50-100亿年中，体积是如何变得庞大。

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一个超大规模的黑洞正在利用其巨大重力作用拉长、撕裂并吞噬着一颗恒星。天文学理论早就预测了这一现象的存在，但由两个天文台提供的观测数据第一次提供了坚实的观测证据。


这个黑洞质量是太阳的1亿倍以上


科学家首次观测到黑洞吞噬恒


这颗恒星被拉伸，撕裂

这个黑洞质量是太阳的1亿倍以上。这颗接近太阳大小的恒星受到另外一颗恒星的作用改变了轨道并开始靠近黑洞，在黑洞的强大重力作用下，这颗恒星被拉伸，撕裂。黑洞吞噬了这颗恒星约1%的质量，并将剩余部分抛向宇宙空间。

　　天文学家观测这一情景动用了美国国家航空航天局的钱德拉以及欧洲宇航局的XMM-牛顿X射线天文观测站。天文学家预测这一现象在一个典型星系中大约每一万年发生一次。

[ Last edited by peterwong on 21-1-2005 at 01:05 PM ]

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银河系背景图，黄色星球是太阳，可以看到黑洞的大致飞行路径。




超新星爆炸后形成的黑洞及其周围的黄色星球艺术效果图。


天文学家11月18日表示，宇宙爆炸产生的一个黑洞目前正在以比其周围的星球高出四倍的速度穿过银河系，这一发现也最好地证明了黑洞的确是超新星爆炸后产生的后代。

　　天文学家表示，上述黑洞至少距离地球有6000光年，目前大致方向是朝着地球飞来，但近期不会对地球构成威胁。

　　这次之所以能够发现上述黑洞是因为它从身边的一颗可以看到的星球中“吸取养料”，这颗可以看到的星球每2.6天绕黑洞飞行一周。负责这项研究的法国原子能委员会研究人员弗利克斯-米拉贝尔表示：“这是我们发现的第一个在银河系内部快速飞行的黑洞。”

　　黑洞主要有两种类型，那些规模较大的黑洞主要形成于大型的星系中间，这次发现的是另外一种，即恒星黑洞，它们大多是在大型星球爆炸时产生的。星球爆炸时大多数物质会被炸飞，但如果留下的物质足够大，大约是太阳的3到15倍，那么它们就会形成黑洞。

　　天文学家指出，在银行系的中央区域，星球的形成更加频繁，因此超新星的出现也更加常见。这次发现的黑洞已被命名为“GRO J1655-40”，天文学家表示，他们预计会在银河系发现更多的黑洞，天文学家希望能够对黑洞的形成加以更深入的研究。

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德国科学家提出有力证据证明银河系心脏是黑洞

科学家宣布，通过观察一颗围绕银河系核心运行的天体证实，银河系中央存在一个巨大的黑洞。黑洞被认为是类星体死亡后的产物，类星体是星系的心脏，它能量巨大，放射出明亮无比的光线。爱因斯坦最先提出黑洞概念，称之为重力的最终胜利，因为黑洞依靠强大的重力吞噬周围的一切。

　　天文学家已经知道在银河系的中央存在大量的物质。最有可能的解释是，所有的物质紧紧地挤压进一个质量数百万倍于太阳的超大质量黑洞中。但是也存在不同的解释，比如星系中央是一些小型黑洞或者类星体的集合。德国马克思·普朗克天体物理学院的雷纳·肖德勒发现的这颗银河系中央天体似乎可以排除单一超质量黑洞之外的其他可能性。

　　人马座A＊

　　在过去10年中，肖德勒领导的小组一直在追踪多颗绕银河系中心运行的天体。1992年，他们开始追踪一颗代号 S2的天体的移动轨迹。在接下来的10年中，小组成功地描绘出S2椭圆形轨迹的2／3。S2的轨迹绕被称为人马座A＊的天体运行，天文学家普遍认同人马座A＊位于银河系的中心，可能就是黑洞本身。人马座A＊距离地球约3万光年，放射出强劲的无线电波。科学家推测，这些无线电波是因物质被黑洞吞噬而产生的。

　　S2

　　S2绕轨道运行一周的时间约15年，比木星绕太阳周期长4年，它是迄今科学家观测到的最靠近假设黑洞的天体。其他绕黑洞运行的天体的轨道周期多在数百和数百万年之间。S2的体积是太阳的7倍，其运行速度必定相当快，才能逃脱被中央黑洞吞噬的命运。

　　类似的现像使天文学家得出结论认为，在许多星系的中心都可能存在类似黑洞，然而，S2的轨道是迄今为止星系中央存在黑洞的最有力证据。肖德勒和他的同事说，S2的椭圆形轨道与它围绕质量50万倍于太阳的小体积超密度物体运行的推测完全吻合。较早对人马座A＊附近天体的观测显示，在银河系中央存在质量相当于太阳50倍的物体。

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科学家发现最古老黑洞 体积大到装下1千个太阳系

美国科学家发现在距地球非常遥远的星系中有一个古老的黑洞，形成时间在127亿年前，即在形成宇宙的大爆炸之后大约1亿年。因此科学家为之惊奇，它如何在如此“短暂”的时间内，就聚集了如此大量的物质成为黑洞。

　　这个黑洞是科学家迄今所知的最古老的黑洞，科学家将它命名为Q0906＋6930，它的重量是银河系所有恒星的总和，体积大到装下我们1000个太阳系还有余。领导该项研究的美国斯坦福大学天文学副教授罗杰·罗马尼说：“这个黑洞在宇宙还十分年轻时就形成了，而且它的巨大体积，很让我们吃惊。像这样巨大的黑洞很少见。”

　　黑洞是人类肉眼无法看见的，科学家只能通过测量它附近发射出的X射线和伽马射线，来确定它的存在，并测量它对位于它附近的星体的引力效应来确定它的质量。但是这个巨大黑洞如此之远，科学家找不到它附近适当星体。罗杰·罗马尼说，科学家计划进一步测量位于它附近的发射出的X射线和伽马射线，对它进行精确的测量。到2007年，新的伽马射线天文望远镜的发射，将对研究这个大黑洞有更多帮助。不过，这个黑洞只是罗杰·罗马尼他们确定的要研究的200多个黑洞中的一个。

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仙女座两个黑洞数万年后可能会合并成超大黑洞


　　电日本岐阜大学和东北大学的天文学家最近通过射电望远镜观测到仙女座中两个巨大的黑洞正在相互靠近的迹象。据科学时报报道，专家预计，这两个黑洞几万年后将开始合并，最终成为质量是太阳数百亿倍的超大型黑洞。美国《科学》杂志5月23日刊登了他们的论文。

　　天文学家表示，仙女座距地球过于遥远，观测起来十分困难。他们利用设在美国本土和夏威夷等地的10台射电望远镜组成的“甚长基线干涉测量”(VLBI)仪器，将焦点定于较近的椭圆星系“3C66B”上。星系“3C66B”位于仙女座，距地球约2.6亿光年。

　　黑洞会喷发出高能粒子，天文学家观测时着眼于“3C66B”中的“粒子喷泉”。他们发现，“喷泉”的底部大约以1年为周期，沿着直径约为0.1至0.3光年的椭圆轨道旋转。专家推测，这附近还存在另外一个质量很大的黑洞。总质量大概相当于太阳100亿倍的这两个黑洞由于引力作用相互围绕着对方旋转。通过对轨道的分析，天文学家预测，两个黑洞将于几万年后开始合并，大约1000万年后合并结束。

　　科学家普遍认为，星系中心普遍存在黑洞，黑洞会随着星系的相撞而合并。这次发现将对验证相对论和黑洞形成理论起到很大的作用。

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科学家发现一颗能吞进3亿个太阳的巨型黑洞



美国天文学家通过对“钱德拉”X射线观测望远镜提供的最新数据研究发现，宇宙黑洞在宇宙初期即在宇宙大爆炸后不久，就聚合了大量的物质，迅速“出生”了，科学家称这个速度“快得令人难以致信”。他们发现的这个巨大黑洞，大小相当于整个太阳系，吞进的星体质量相当于3亿个太阳，引起的气体喷发是迄今为止科学家在宇宙中发现的最大的。近期，美国航天局利用太空轨道上的“钱德拉”X射线天文望远镜，发现了一颗名为“SDSSpJ306”的巨大黑洞，它位于距离我们地球26亿光年的MS0735星团。

　　这个黑洞非常巨大，以致它的引力作用范围大小与银河系相当。在这个黑洞吞噬星团的同时，还将一些热气体以射流形式喷还给宇宙，形成了两个巨大洞穴，每个洞穴的直径大约为65万光年，是我们银河系的两倍。

　　黑洞再次喷发出来的气体质量，相当于1万亿个太阳质量，这种喷射已经持续了1亿年之久。科学家还是首次发现这样巨大的喷射，它们大得如此出人意料，以致天文学家布赖恩·麦克纳马拉坦率承认，“当时我惊讶得从椅子上跳了起来”。

　　科学家通过两项不同的研究证实，这个黑洞在宇宙大爆炸后约10亿年就已形成。天文学家们对超级黑洞出现在如此年轻的宇宙中感到不可思议，因为天文学界原本认为超级黑洞是在宇宙演化的漫长岁月中通过吸收周围物质而逐渐变大的，但这个研究结果令他们无法做出解释———为什么这个超级黑洞在大爆炸后如此短时间内就已形成？

　　“钱德拉”天文望远镜是观测神秘黑洞的最佳工具。

　　黑洞是宇宙中最神秘的天体之一，曾经一度控制宇宙，吸入宇宙尘埃、星体并发射出大量穿越太空至今已运行若干亿年的X射线。

　　黑洞由一颗或多颗天体坍缩形成，当一颗质量相当大的星体核能耗尽后，没有辐射压力去抵抗重力，平衡态不再存在时，这个星体将全面塌缩，成为中子星。若其质量仍大于3个太阳质量时，那么连中子的气体压力也不能平衡重力，星体将继续塌缩至它的重力半径范围之内。

　　这时，引力之大足以使一切粒子，包括光子，都被引回星体本身，不能外逸，就形成了引力极强的黑洞。黑洞可以吞噬附近的一切物质，它先将物质吸引到附近围绕它们高速旋转；随着转速的加快，物质变为炙热的等离子体，并逐渐靠近黑洞旋转中心；当它们最终接近黑洞时，就会被吞噬。

　　通常，黑洞是无法被发现的，但是也有例外：如果在它附近有气团，则会产生飞向黑洞的气流，于是气流也暴露了黑洞的位置。众所周知，在压缩时气体物质会被加热到几百万度，同时产生强烈的X射线辐射。X射线辐射无疑很强烈，但是星系离开地球太遥远，地面观测系统的灵敏度对于记录这样的天体实在太低，因此需要向太空发射X射线的自动观测望远镜。

　　美国宇航局原先一直在利用“哈勃”太空望远镜，可是“哈勃”已经完成了自己的使命，为了接替“哈勃”美国又向太空发射一系列太空望远镜，如著名的“钱德拉”X射线观测望远镜。美国宾夕法尼亚大学的天文学家尼耶尔·布兰德博士指出，“辐射 X射线的黑洞数量简直令人惊讶，利用‘钱德拉’我们可以观测到比原先利用‘哈勃’时多10倍的黑洞，它们是强烈的X射线源。”

　　宇宙诞生10亿年后，巨大黑洞就已完全成熟。

　　在去年，钱德拉X射线望远镜发现了一颗来自120多亿光年外的巨大黑洞的X射线，并将其命名为“SDSSpJ306”。

　　近期，天文学家通过对这些X射线和其所在星系的重力影响一起进行检测，推测它“出生”于127亿年前———而宇宙大爆炸发生在137亿年前。

　　哈佛大学史密斯索尼安天体物理中心专家丹尼尔·施瓦兹在分析了研究数据后说：“两项研究的结论都证明，特大质量黑洞产生X射线的方式从本质上仍然与宇宙早期相同，这就说明，一个庞大星系的最主要黑洞是在宇宙大爆炸不久之后就形成了。”

　　黑洞一般被旋转的热气体圆盘所包围，这些热气体在以螺旋运动逐渐被黑洞吸收时会发出大量的电磁辐射。黑洞附近发光的氢原子谱线宽度与旋转速度有关。旋转速度越快，氢原子发出的谱线越宽，说明黑洞的质量越大。

　　通过对氢原子谱线研究发现，“SDSSpJ306”黑洞有10亿个太阳重，所产生的能量更是太阳的20万亿倍。饱有能量的巨大黑洞居然在宇宙大爆炸后近10亿年间就形成了，这令所有的天文学家感到惊讶。因为之前的理论认为，超级黑洞的扩张需要经过漫长吸收过程。

　　“这次对非常遥远而巨大的SDSSpJ306黑洞的独特观察使我们对超巨型黑洞的形成和宇宙的演变有了从未有过的了解，”英国达勒姆大学的克里斯蒂娜·多恩说，“这项发现将对黑洞的研究工作提出新的挑战。”

　　黑洞很可能与星系同时演化，谁也不会单独主导宇宙星体诞生。

　　在此次观测中，天文学家们还在处于星系中心的“SDSSpJ306”黑洞的周围发现了许多新生星体，而且更多的星体正在形成之中。该发现给新出现的星系形成演化理论提供了重要的直接证据，即黑洞与星系同时演化，两者谁也不会单独主导早期宇宙中星体的快速诞生。

　　此前，许多流行的观点认为黑洞先形成，然后星系围绕黑洞形成，或者是星系和星体先形成，然后是中心超巨型黑洞的演化产生。

　　施瓦兹领导的研究小组认为，黑洞正在产生巨大的能量可能在小星系合并为大星系的过程中起到了重要作用。这两个过程互为共生：当气体朝刚形成的星系中心移 动时，成为黑洞食物的气体云同时也供给新星体形成所需的燃料。

　　欧洲航天局使用XMM牛顿X射线天文望远镜，目前也在对一个同样重量和距离的黑洞进行研究，这个黑洞被编号为“SDSSp J1030”，距地球约128亿光年。

　　据介绍，科学家目前已得到越来越多的证据，证明黑洞形成在宇宙早期，而且已经找到为数不少的这样的黑洞。科学家目前正在寻求如何测量他们发现的这些黑洞的具体“年龄”以及改进测量法的稳固性，以便对它们具体的大小做出精确的判断。

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黑洞定义的产生

当一颗恒星的生命到了尽头，燃烧使它由于自身重力而不断的塔缩，最后形成一个点，这个点的体积趋向于零，但是密度却变的无穷大，并且它具有强大的吸引力，在这个点范围内的物体，都会毫不例外的被它吸收掉，甚至光线也不能例外。而任何进入这个点的物体都无法再出来，所以也不可能有任何信号传出，因此这个点的界限也被称作视界，里面的情形没人能够看到，所有科学家们给了它一个名字：Black Hloe，也就是黑洞。
    在广义相对论出现后不久，卡尔·史瓦西（Karl Schwarzchild）就求出了用以描述时空的爱因斯坦方程的一个十分有用的解。作为时空的一种可能的形状，这个解可以用来描述一个球对称的、不带电、无自旋的物体之外的引力场。这个解象一个“公制”，可以作为获取时空中曲线段“长度”的公式，物体沿时间（“时间的坐标轴”）运动的曲线的长度如果用此公式计算，就恰是该运动物体所经历的时间，公式的最终形式取决于你选择用来描述事物的坐标系。公式可以因坐标不同而变形，但象时空弯曲这样的物理量却不会受影响。史瓦西用坐标的术语表述了它的“公制”概念：在距离物体很远的地方，近似于一个带有一条用以表示时间的附加t轴的球坐标，另一个坐标r用作该处的球坐标半径；而更远的地方，它只给出物体的距离。
　　然而当球坐标很小的时候，这个解开始变得奇怪起来。在r=0的中心处有一个“奇点”，那里的时空弯曲是无限的。围绕该点的区域内，球坐标的负方向实际成为时间（而非空间）的方向。任何处于这个范围内的事物，包括光，都会为潮汐力扯碎并被强迫坠向奇点。这个区域被一个史瓦西坐标消失的面与宇宙的其他部分分离开来，当然该处的时空弯曲没有任何问题（这个球面半径被称作史瓦西半径，它是一个人为的坐标。史瓦西半径的物理意义不在于该处的坐标问题，而在于其内的方向变为时间方向这一事实）。
　　当时的人们并未为此担心，因为所有已知的物体的密度都达不到使这个内部区域扩大到物体之外的程度，即对于所有已知情况，史瓦西解的这个奇怪部分都不适用。阿瑟·斯坦雷·爱丁顿（Arthur Stanley Eddington）曾考虑过一颗死亡的恒星坍塌后可能达到这个密度，但从审美的角度出发不太愉快地将其抛弃了，并人为应该有新的理论补充进来。1939年，欧文海默（Oppenheimer）和施内德（Snyder）最终严肃地提出比太阳质量稍大几倍的恒星在其生命的末期可能会坍缩到这种状态。
　　一旦一颗恒星的坍缩超过史瓦西坐标消失的球面（称为不带电、无自旋物体史瓦西半径或“视界”）它就不可避免地继续坍缩下去。同你无法停住时间的车轮一样，它将一直坍缩至奇点。没有任何进入那个区域的东西可以幸免，至少在这个简单的例子中是如此。视界是一个有去无回的转折点。
　　1971年，约翰·阿奇贝尔德·威勒（John Archibald Wheeler）命名这样的事物为“黑洞”，因为连光也无法从中逃逸。基于许多证据，天文学家有许多他们认为可能是黑洞的候选天体，其证据是：它们的巨大质量可以从其对其他物体的相互作用中得到；并且有时它们会发出X射线，这被认为是正在坠入其中的物质发出的。但是这也仅仅是理论上的黑洞，一个目前尚未被证明为正确的理论。

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究竟什么是黑洞？
       
　要知道什么是黑洞，我们就先来认识一下什么是宇宙。所谓宇宙，中国古代哲学著作《尸子》解释说，“上下四方谓之宇，经古来今谓之宙”。宇就是空间，宙就是时间。从远古到未来，从巨大的宇宙天体到渺小的微生物质，其大无外，其小无内，一切万事万物都包含在宇宙之中。目前，我们人类的智力所能认识到的这一部份，大约包括10亿个星系，被现代科学称为总星系。在这个总星系中，又有着各种不同的星体和星，黑洞也就是这总星系中的一个部分。但是黑洞又不是通常意义下的星，而只是空间的一个区域，它是一个阴极的天体空间。
    顾名思义，“黑洞”是不会发光的，是黑漆漆的，也是一个特殊的天体，黑洞具有强大的引力场，以致于任何东西，甚至连光都被它吸进而不能逃掉。“黑洞”象一个饿极了的魔鬼，张着黑漆漆的大嘴吞噬着宇宙间的任何一样物体，当一颗恒星靠近黑洞，就会很快被它的引力拉长成面条形的物质流，然后它就象饿鬼吞面条一样狼吞虎咽地迅速吞进“肚子里”。有的时候一颗恒星被黑洞抓住后，就会被强大的潮汐力撕得粉碎，然后再吸入一个环绕黑洞的抛形结构盘状体中，在不断旋转中，由黑洞慢慢“享用”，并产生巨大的能量。其实，宇宙黑洞这个天体空间，就是中国的道家所说的“道生一，一生二，二生三，三生万物”的“一”的状态，也是儒家所说的“是故，易有太极，是生两仪，两仪生四象，四象生八卦”的太极的状态。
    当这个“饿极了的魔鬼”“吃”得快要撑破肚皮时，宇宙间的物质都密集地集中在一起，其密度为水的100万亿倍，而温度高达150亿度。这个“贪婪的饿鬼” 仍然往“肚子”里吞东西，当黑洞所吸收的物质超过它所能容纳的临界点时，即产生宇宙大爆炸。爆炸初级的高温阶段，宇宙中只有中子、电子、光子，中微子等基本粒子形态的物质，形成一个原初的火球，它向周围迅速膨胀，同时温度和密度都不断下降。当温度下降到100亿度时，宇宙中开始形成化学元素，随后，宇宙物质取等离子态。当温度下降到几千度时，等离子体复合成通常的气体，当温度再往下降时，气体物质逐渐凝聚成星云，以后又凝缩成各种星体，成为今天总星系的模样。奇妙的是，宇宙大爆炸后形成星云涡流的形状，和今天我们看到的太极图极其相似，其中是否存在我们人类至今尚未揭开的秘密呢？
    一个新的星系在宇宙中诞生，爆炸后每一个小碎块都比地球大出上百倍乃至更多。虽然它们的质量各有不同，但它们都能按着各自即已形成的轨道，凭借着爆炸瞬间产生的能量，围绕着某一个中心永远不停地旋转起来。现代天文学观测出的一个重要事实，对上面的论述就是一个最好的证明，那就是星星的年龄都没有超过100 亿年，太阳的生成大约也只有50亿年，而地球和月亮只有45亿年，最老的星星也不到100亿年，这说明它们生成的年代均在150亿年前的那次宇宙大爆炸。 　

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黑洞存在的证据

虽然黑洞是否是由于恒星死亡后的爆炸产生的问题，一直以来始终都是人们争论的焦点，甚至有很多人一直试图证明这一假设的错误，但是最近天文学家又发现了新的证据，这些证据将向人们证明，有关大质量星死亡后会形成黑洞的理论的正确性。
　　科学家在分析一颗邻近黑洞的恒星后发现，这颗恒星的气体来自附近的超新星爆炸。因为黑洞是一种超高密度的死亡恒星的产物，其重力之强使光线也无法从其中逃出，所以我们都无法直接看见黑洞，只能从邻近的恒星所受的影响上，从该形体运动的异常状况上看出黑洞存在的迹象。
　　一直以来，人们都认为黑洞可能自两种途径产生：一种是超巨质量恒星在核反应停止后塌缩形成；而另一种则是死亡的恒星爆炸后，其残骸塌缩产生。
    Canary岛天文物理协会的Rafael Rebolo表示，天文学家已经建立起超新星的物理环境模型，搭起了超新星与黑洞形成间的关联。据天文学家推测，在距离天蝎座一万光年处，有一颗恒星，怀疑其与黑洞相当接近，因为在其周围大量的X-rays爆发，便是物质被吸进吸积盘的证据之一。
　　Rebolo和组员分析这颗恒星的光谱以确定其成分，结果发现其中含有高出正常值甚多的氧、镁、矽与硫等，这些物质都不可能是由这颗恒星本身产生的元素。所以科学家推测这些元素是来自於从前在附近爆炸的另一颗恒星，但现在已经看不见了。要产生这些元素必须经历数十亿度的高温，而只有超新星爆炸才能达到如此高温。据估计，这颗爆炸了的恒星质量大约为太阳的四十倍，是在一百万年前发生爆炸的，爆炸时的光度在地球上以肉眼就可以看见。
　　同时，这位西班牙科学家提出的观测结果，也首次证实了黑洞是由超新星爆炸所产生。奥克拉荷马大学教授John Cowan表示，这是一项最直接而又符合逻辑的观测证据。但加州柏克莱大学的天文学教授Alex Filippenko则认为这项理论在爆炸与物质坠回之间的关联性仍然相当脆弱，因为如果恒星的外层在爆炸中散逸，而内部塌缩成黑洞，则爆炸能量与恒星物质总量间的平衡必须相当的精准。
    那么超新星爆炸后产生黑洞的这一说法，究竟又是不是最终的结论呢？我们还期待科学家们更多的证明。

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超级黑洞——解释宇宙诞生之谜

有一个十分古老而又一直悬而未决的问题：星系是从哪里来的?如果没有星系，就不会有恒星和行星，我们也就不可能存在。所以，“星系是如何形成的”就成为一个最基本的问题。星系远远不只有一个，所有的星系几乎包含了宇宙中所有的星球。星系中诞生了宇宙中所有的恒星，而恒星则制造了氧、碳、行星和生命所必需的其他一切要素。
　　在我们眼中，地球所在的银河系是天空中一条由群星组成的带子。事实上，它是一个不停旋转着的巨大圆盘，宽达20万光年。银河系中有超过 2000亿颗像太阳一样的恒星，这些恒星都在环绕着银河的中心缓慢运动。地球所在的银河系，只是1250亿个形状、大小各异的星系中的一个，可是直到现在，我们对其中任何一个星系的来历都不清楚。我们只知道：在宇宙形成之初，既无恒星，也无行星，只有一个个由氢气组成的、不停旋转着的巨大云团。一个末解之谜是：这些气团是如何转变成我们今天所见的一个个星系的，或者说是如何转变成一个个星系中的一颗颗恒星的。
　　星系的形成过程非常复杂，它与引力有关，与巨大气团的相互碰撞有关，与恒星的原动力有关，还与气团的化学组成有关。但“星系究竟是如何形成的”这一问题，却已困扰了世界顶尖的天文学家和物理学家数十年之久。直到2000年初，科学家们才找到了破解这一重大奥秘的线索，但他们不是研究星系的专家，而是研究在科学中已知的最为暴烈、也最具毁灭性的力量——超级黑洞的行家。直到最近，超级黑洞都只存在于理论中。它们的体积和重量都大得令人难以想像，一个超级黑洞的质量是一个普通黑洞的 1000万至十亿倍，也就是说，一个超级黑洞就可能占据整个太阳系。
　　超级黑洞是引力完全失控、走向极端的结果。由于密度很高，因此超级黑洞的引力也很大，以至于任何东西都无法逃离它的俘获。任何靠近超级黑洞的物体，无论是气体、恒星还是整个太阳系，都会被它吸入而变得无影无踪。它甚至还能摧毁宇宙的结构，如果把宇宙看作是一张由时空编织成的网，那么普通恒星和行星的引力只能在这张网上造成一个凹痕，而超级黑洞的巨大引力则能将时空扭曲成一个破裂点。在超级黑洞的腹心，是物理学中最为神秘的物质之一——奇点，也就是时间、空间和一切已知的物理学法则土崩瓦解的所在点。
　　奇点的中心究竟在发生什么，是一个完全未解的谜题。有人认为，一旦你落入奇点，就会在宇宙的另一部分蹦出来。正由于超级黑洞是如此怪异，所以直到最近，许多科学家都怀疑它们是否存在。其实，超级黑洞本身就是一个十分极端的概念，它当初被臆造出来，是为了解释一种非常罕见而又十分遥远的星系——“活跃星系”。活跃星系是宇宙中最明亮的物体之一，这些星系中都有一个燃烧着的明亮内核，内核在燃烧的同时喷射出巨大的能量流。这个由炽热气体组成的明亮内核被称为“类星体”。科学家们认为，这一旋转着的气团是在超级黑洞吸入气体和恒星时造成的，可以说黑洞是张开血盆大口、蹲伏在星系中心的巨大怪兽。
　　有一种观点认为，类星体不是黑洞，也不是超级黑洞，而是即将坠入超级黑洞的气团。这些气团在黑洞周围运行，最终消失在黑洞中，而就在消失前的一刹那，是它们最明亮的时刻。这正是超级黑洞强大引力作用的结果。超级黑洞的强大引力会将附近的气团和恒星拖拉至接近光速，气体之间、恒星之间和气体与恒星之间的猛烈碰撞会将气体加热至100万度以上，从而发出强光。

peterwong

掉进黑洞会发生什么？

试想，如果你拥有一艘不错的带有自毁报警器的飞船，并准备跳进一个不带电、无自旋的史瓦西（Schwarzschild）黑洞。在掉入黑洞之前，你当然不能看到这类或其他黑洞视界以内的任何东西，但视界与周围的区域相比并不会有什么特殊之处。然而当你到达视界的时候，你就完蛋了，连超人也救不了你，因为他没法阻止星期天变成星期一。最终你会一头扎在奇点上。但在此之前，将会有无比巨大的潮汐力－－由于时空扭曲而引起的力－－从某些方向上将你压扁，又从另外一些方向上将你拉长，直到你看起来象一根意大利面条。在奇点处会发生什么，目前的物理学对此一无所知。但你可以不用关心这个问题，因为你将死去。
　　对于普通的有着几个太阳质量的黑洞来说，在视界之外的确有巨大的潮汐力，因此在到达视界之前你可能早就承受不住而被解体了。例如对于有8个太阳质量的黑洞来说，致命的潮汐力作用半径r在400公里左右，而其史瓦西半径仅有24公里。但潮汐力的大小与M/r3成比例，即致命半径r是质量的三次方根，而黑洞的史瓦西半径与其质量成正比。对于有1000个太阳质量的黑洞，你可能会活着掉进去；对于一些更大的黑洞，在通过史瓦西半径一去不回之前你可能根本不会感到潮汐力的存在。
    那么掉进黑洞又需要多久，是不是就会无比的漫长？通过史瓦西公制计算出的，撞到视界甚至撞到奇点前所用的时间是有限的。对于一个坍缩的恒星而言也是如此。如果由于某种原因站在了正在变成黑洞的恒星的表面上，就将在一个有限的时间内经历该恒星的灭亡。当你掉入黑洞穿越视界时，史瓦西坐标系的t轴将会变成无穷大。尽管它也被称作t轴，但那并不和任何人的正确时间相对应，因为在视界内部，t是一个空间的方向；而未来和r轴逆减的方向相对应。只有在黑洞外部，t轴才指向时间增加的方向。但无论怎样，这并不意味着掉入黑洞的时间将无限延长，因为实际过程的时间是有限的。
    或许用一种更“物理化”的语言说：“无限掉入的物体”这一概念缘于观察被观察的物体发出光线的路径。视界，用相对论的用语讲，被定义为一个“光状表面”，光线可以停在那里。对于一个理想的史瓦西黑洞而言，视界永远存在。因此光线可以呆在那里而不逃逸。并且如果你正处于视界上，那么你必定掉入黑洞；黑洞会以光速朝你运动过来。在视界的外缘沿径向外射的光线在时间t之前不会逃逸得很远。对于遥远处相对黑洞大致静止的观测者而言，时间轴t与正常时间并不一致。
    如果你呆在一个安全的距离上试图目击别人掉入黑洞，由于光线延迟，你将会发现掉入的速度将会越来越慢。但你永远不会看到其到达视界的那一刻。注意，这正是由于所发出光线路径的光学效应。这对于正在灭亡的恒星本身而言也是如此。如果你试图目击黑洞的产生，你将看见黑洞的坍缩越来越慢，但永远不会精确缩到史瓦西半径。当物体接近视界时，它们也开始变暗，它们发出的光线被红移并弱化。如果有人认为光线实际上由离散的光子构成，那么最后一个光子逃逸出来的时间应是有限的并且不应很大。因此当物体接近黑洞时，包括正在灭亡的恒星都将停止闪烁，由此“黑洞”得以正名。
    例如，以之前提到的8个太阳质量的黑洞为例。如果从看见的物体位于距离视界半个史瓦西半径之外的时候时开始计时，光线从该点起将以指数级减弱，其特征时间大约2万分之一秒。最后一个光子发出的时间约在其后的百分之一秒，上述时间与黑洞质量成比例。如果跳进黑洞，你可见的时间不会太长。同样，如果跳进去，是不会撞到“冻星”的表面。从在不同于开始跳的时间、地点的时空中另一点通过视界。
    所有这些并非说黑洞不能被用于制造时间“小游戏”，设想你并没有掉入黑洞，而是燃烧掉不计其数的燃料抵抗黑洞的引力以停在视界外一固定值为r的距离上。如果此后你返回了家园，你所增加的年龄将会比实际应该增加得少。在这种情况下，广义相对论就不能用于解释所经历的正确时间。

peterwong

宇宙的消亡

从理论上讲，宇宙的消亡是迟早的事，因为有诞生，就会有消亡。特别是当人们对黑洞的了解逐渐增多以后，就更能想象宇宙有一天也会消亡，但是宇宙将如何消亡，现在还只能是推测。
　　如果宇宙永远不停的膨胀，许多大质量的恒星死亡后也都会成为黑洞，宇宙中的黑洞就将越来越多，而它们的形成又将会吞食掉宇宙中几乎所有的物质。如果宇宙转而收缩，随着温度的不断升高，包括恒星在内的各种天体都会逐渐解体，黑洞则趁机饱食一顿，吞食到几乎所有的位置，最后黑洞再吞并黑洞，整个宇宙就会形成一个更大的黑洞。也许在上述两种情况中，总会有少许物质幸存下来，没有被黑洞吞食。而且根据霍金等人的理论，黑洞会逐渐蒸发为电子和光子等基本粒子，同时，科学家还认为，质子也会衰变为反电子和Y射线光子。质子是各种原子核的主要成分，质子的衰变，就是各种物质的瓦解。因此，没有被黑洞吞食的少许物质，也会成为电子和光子。由黑洞蒸发的电子，与质子衰变的反 LM电子，它们相遇湮灭为能量和光子，这样，宇宙就最后坍缩了，消亡了。
　　那么我们能不能找到宇宙消亡的证据呢？宇宙消亡的最后标志是黑洞的蒸发殆尽和质子衰变使各种物质瓦解。虽然黑洞的最后蒸发，目前尚无法用实验去验证。但科学家认为，质子是否衰变，则可以用实验去检验。在以前，一般认为质子衰变所需要的时间为1028年，这样说来在1028个质子中(10千克物质包含1028个质子)，每年应有1个质子发生衰变。但后来这个衰变时间被实验否认了。人们认为，质子衰变的时间应为1030到1032年。如果说质子衰变的时间为1032 年的话，一个人一生中身体上会有1-2个质子衰变。因此如果说质子衰变的时间是1030年或1032年的话，目前是可以用实验检验的。
　　检验的办法是，将足够数量的水，用水槽放在数百米深的地下(以排除各种干扰因素)，在水槽四周设置大量探测仪器，探测质子的衰变反应，质子衰变时产生一个反电子和一个中性л介子。л介子很快又衰变为两个Y设射线光子，光子遇到水物质的原子核，会产生能量很高的正、反电子对，因而可以被探测到。如果水的数量在 10000吨以上，每年应观测到1次以上质子衰变。但是也有的人认为，质子衰变时间为1080年，甚至更长，那就超出检验的范围了。
　　如果质子的消亡是可以通过实验得出的，那么我们同样可以根据这样的实验结论去推测宇宙消亡还需要多长的时间。当然这还纯粹是一个揣测的问题，因而，科学家提供的数字很不相同。丁·伊思兰在《宇宙的最终命运》(1983年出版)一书中提出，1031年后，宇宙将形成一个超巨型黑洞，质量达1015倍太阳质量。而这个超巨型黑洞需要10106年时间才蒸发完，而变成电子和光子。
　　也有些理论认为，黑洞不可能将所有物质都吞食掉，逃出厄运的物质将游离于黑洞之外。不过，这些游离物质因质子衰变而成为反电子和光子，只需要1033年。
　　还有一种理论认为，由黑洞蒸发而来的电子和由质子衰变而来的电子，并不是都双双湮灭成能量和光子。它们有的在1071年后双双组成相同绕转的电子对原子 (也叫偶电子素)。这些偶电子素每10万年才靠近1厘米，由于相距遥远，偶电子素最后相遇湮灭需要10116年的时间，只有到这时，即只剩下能量和光子时，才算宇宙最后消亡了。算算看，这是一个多长的时间？



黑洞的力量不是我们人类可以量的. 黑洞也是全宇宙不能到达的地方. 我们必须“尊敬”黑洞的力量.

[ Last edited by peterwong on 22-1-2005 at 10:24 AM ]

peterwong

为什么没有人回我的帖?

军火贩卖集团

好详细的贴,
不顶太浪费了.
但是,图片太少了一点...

:.孤心.:

很不错的帖子，不会太过于复杂，却又可以让人大概地明白到宇宙和黑洞的哲理...