能量差異出現的旋輸出；

地空調衡各樣的轉生洞；

建議專家普人的別亂想；

埃克斯射線選的場易通。

光都不能逃出黑洞，為什麼X射線流卻可以？

老粥科普 2019-12-13 05:19

說起黑洞，大家的第一印象就是：這是一個密度極大的天體，連光都無法逃脫它的吸引力，光線只能進不能出，所以我們看它就是黑乎乎的球，像是宇宙中深不見底的洞一樣。

黑洞

大多數時候，黑洞看起來並不是這樣，它比宇宙中絕大多數的星星都要明亮，散發出耀眼的光芒。並且在黑洞的兩端會噴射出強烈的X射線和等離子體氣流，這些光柱被稱為天體物理射流，它會一直延伸到幾千光年遠的地方。

黑洞噴射X射線流

比如說，非常著名的超大型黑洞M87*，它向太空噴射的天體物理射流就長達5000光年，以至於哈勃太空望遠鏡很容易就能找到並定位它。

M87*黑洞與它的天體物理射流

那麼問題來了，我們都知道黑洞之所以稱為黑洞，就因為它的重力極其強大，連光都無法逃脫其引力；並且我們也知道X射線就是光，為什麼它沒有被黑洞吞噬，反而被噴射到如此遠的距離呢？難道這就是傳說中的霍金輻射？

首先可以確定的是，黑洞發出的天體物理射流與霍金輻射之間沒有什麼關係，這是完全不同的兩個概念。關於霍金輻射，我們將在以後的文章中專門加以介紹，因為那也是個十分有趣的課題。黑洞是個貪婪的傢伙

黑洞是宇宙中最強的噴子，同時也是宇宙中最大的饕餮，它吞噬所有靠近自己的一切。不管是恆星、行星還是細小的灰塵，只要你進入到黑洞的引力範圍，都會被它拉扯著跳起死亡華爾茲，最後難逃被撕扯得粉碎，再一點點吃掉的命運。

吞噬恆星的黑洞

黑洞吃東西的過程很婉轉也很藝術，它並不是撲上去一口吞掉，而是先拉著恆星跳舞。因為黑洞的密度極大，它的質量也大多超過一般恆星，所以恆星進入黑洞的引力場後，會先圍繞著黑洞旋轉。在旋轉的過程中，恆星上的一部分氣體受到黑洞的潮汐力拉扯漸漸離開母星，被黑洞吸走。

大多數氣體在飛向黑洞時並不會對準黑洞的質心，這時候氣體流就有了角動量，它們會圍繞在黑洞周圍極快地旋轉並逐漸向中心積聚，這就是我們常說的吸積盤。

黑洞吸積盤的形成

星際間的物質大多由氫、氦等元素以及這些元素的化合物構成，當它們被黑洞吸引、圍繞黑洞高速旋轉的同時，由於角動量守恆，它們不會立即掉入黑洞。隨著越來越多的氣體和塵埃被黑洞的引力吸引，吸積盤的密度會越來越大，氣體與顆粒間的碰撞摩擦也越來越劇烈，於是產生極高的溫度和強大的能量。

對於單個粒子，當它圍繞著黑洞旋轉時，我們可以畫出它的運動軌跡：

單個粒子的運動軌跡，從赤道方向和從北極方向觀察的動畫

而那些更加遠離黑洞事件視界的粒子，它們的運動軌跡則顯得更有規律一些：

粒子在吸積盤中的運動軌跡

如果粒子因為受到碰撞而減速，它就會迅速掉進黑洞的事件視界，再也出不來了：

粒子失去角動量掉入黑洞黑洞也發熱發光

文章的開頭提到，大多數的黑洞看起來並不“黑”，它們都是宇宙中最亮的星星，這到底是為什麼呢？

這些明亮的黑洞被稱為“類星體”，它的光和熱是由其外層炙熱的吸積體發出的。黑洞在吞吃星體的過程中將大量的氣體和塵埃吸引在自己的周圍，這些稠密氣體與塵埃在極高速旋轉的過程中劇烈碰撞摩擦，從而將大量的質量轉化為光和熱，同時光和熱因為受到黑洞強大引力的牽引無法逃離，所以它們會越來越多地聚集在黑洞周圍，形成光子球。

稠密氣體相互碰撞產生強大的光和熱

與此同時，黑洞的吸積盤也不總是薄薄的一層，因為黑洞的引力極大，邊緣的氣體會向中心聚集，從而使得靠近事件視界的區域形成一團極高溫度的等離子流體，粒子在相互碰撞中向高緯度區域堆積爬高，一直到黑洞的兩極附近。

黑洞吸積形成射流

黑洞吸積盤的摩擦是如此劇烈，以至於在靠近事件視界的地方，吸積物剩餘質量的40%都被轉化為了電磁輻射，其中主要是X射線輻射。要知道在恆星的核心，強大核聚變的轉化效率僅有0.7%。相對論射流

在黑洞事件視界的外表面，儘管吸積物產生的大量超高溫等離子體和X射線的光子還沒有被吞噬，但它們也無法逃離，光子會沿曲線飛行。同時在外圍星塵的巨大壓力下，那些還沒有被吞噬的物質會向黑洞兩極聚集，最後以接近光速的速度沿著吸積盤的兩個旋轉軸線拋射出來。

黑洞噴射出射流

被稱為“阿爾芬波”的黑洞射流模型

事實上有相當多的星際物質都是在被黑洞攪拌粉碎之後拋向太空的，黑洞並不完全吞噬靠近它的恆星，有相當一部分的恆星物質都被它轉化為氣體和射線流噴射到了宇宙之中。總結：

黑洞的強大引力確實能吸引光，光子進入黑洞的事件視界範圍內無法逃離，所以我們無法看見裡邊究竟有什麼和發生了什麼。

黑洞只有在吞噬靠近的物體時才會向外噴射X射線和氣體物質。

在黑洞的事件視界之外，它不能捕獲光子，但同樣有極強的引力，它撕扯和粉碎靠近的恆星，使恆星的氣體圍繞自己高速旋轉形成吸積體，由於極高的旋轉速度，大量物質被電離並形成包括X射線在內的高能輻射流。

黑洞射流是在事件視界外形成的

輻射流受到外圍吸積氣體的擠壓，以接近光速的速度從黑洞的兩極噴射到太空，從而形成了我們看到的天體物理射流。這就是它為什麼可以逃離黑洞強大引力的原因。

這是個理解上的錯誤。

事實上，無論是光還是X射線，都不可能逃出黑洞。那麼，我們為什麼可以觀測到黑洞的X射線呢？那是因為X射線並不是從黑洞內部發出來的，而是從黑洞邊緣發出來的。

對於黑洞，本質與其他天體一樣，都是依靠引力維持自身和狀態的，而引力自然也與普通恆星的引力性質一樣，會隨著距離的增加而減弱。

因此，我們會在黑洞上看到一個界限，這個界限叫做事件視界，實際上就是黑洞引力範圍造成的可見與不可見的一個邊界。

在這個邊界以內，引力造成的逃逸速度超過光速，因此，界限以內的物質和資訊是無法逃離出來的，我們也不可能接受到。但是在這個界限意外，逃逸速度是低於光速的，也就是說在這裡發生的一些變化，我們是可以接受到資訊的。

而黑洞發射的X射線，是黑洞在吸引附近的物質時，當其被吸入事件視界以內的那個時刻發射出來的，因此我們接受到的X射線並非是來自黑洞內部，而是黑洞邊緣。因此，X射線可以逃離黑洞的引力併到達我們這裡，也是正常的。