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1 # 暗物質原理
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2 # 老粥科普
黑洞有很多,但很難看見
宇宙中不只黑洞有吸積盤,其它許多的星體都存在吸積現象。打個比方,太陽系誕生之初就是因為星系塵埃的吸積作用才產生了今天太陽系內的所有星體,包括我們的地球。
黑洞在太空中有很多,不僅絕大多數星系的中心都存在一個或兩個黑洞,在這些星系的其它地方也有許多因恆星死亡、超新星爆發而產生的大大小小的黑洞。根據鐳射干涉儀引力波觀測臺(LIGO)2016年以來探測到的多個引力波訊號估計,僅銀河系就有多達1億個黑洞!
科學家們知道太空中有許多黑洞,也知道去哪兒找它們,但這麼多年過去了,他們只在前兩天才第一次拍下一張模模糊糊的照片。這究竟是為什麼呢?
因為黑洞幾乎都被吸積物質包裹起來,成為了一個個發光的球體。
(類星體ULAS J1120+0641想像圖,距地球288億光年,吸積盤中藏著一個20億倍太陽質量的黑洞)
另一些有可能吞光了周圍塵埃的黑洞,由於它周圍空無一物,黑乎乎的它與周圍的太空融為一體,就像是穿了件隱身衣,你很難發現它。
黑洞的強光來自吸積盤大部分的黑洞都是以類星體的形態展現在宇宙中的。它們是一些極其明亮的活動星系核,核的內部藏著一個超大質量黑洞。由於黑洞強大的引力作用,星系中的氣體及塵埃被它吸引,形成吸積盤。在靠近黑洞的地方,氣體和塵埃因為劇烈的摩擦與碰撞,它們有高達10%-30%的物質被轉化成了能量。要知道,恆星中的核聚變反應也只是燃燒了約0.7%的物質。
這就是大量類星體照亮整個宇宙的原因。
有如此明亮的外殼包圍,我們要想隔著幾千萬光年剝開洋蔥,找到裡面黑暗的核心,其難度可想而知。
(大多數的黑洞看起來是這樣的,沒錯,這是類星體,黑洞在中間,我們看不見)
吸積盤形成如前文所述,吸積現象是天體物理學中極普遍的現象。與吸積盤相伴而生的是其軸向強大的射流,有些類星體的射流可以長達幾千光年。類星體透過這種射流,在不損失太多質量的情況下保持角動量的平衡。
當星系內物質接近黑洞時,它會以一個螺旋狀的軌跡向中心運動。大量粒子在湍流中相互摩擦、碰撞和反彈,摩擦產生熱,從而輻射能量,減少粒子的角動量,使粒子向內漂移,驅動其向內螺旋前進。
隨著粒子降落到更較低的軌道,其重力勢能的一部分被轉換,使粒子加速。粒子軌道越接近黑洞,它的速度就越來越大,同時越來越多的粒子因為摩擦產生熱,從而將自己的能量透過X射線輻射出去。
(NASA核光譜望遠鏡陣列NuSTAR拍攝的Markarian 335超大質量黑洞吸積盤X射線光)
黑洞的吸積盤有多種形態,有的呈漏斗形,有的像一張薄薄的唱片,有的像一個麵包圈,還有的簡直就是一團亂麻。造成這一結果的因素很複雜,有的與黑洞本身的質量相關;有的與黑洞形成的年齡有關係;有的取決於黑洞周圍氣體分佈、恆星的影響甚至附近有沒有另一個黑洞在搗亂。
如果一個物體沒有對準軌道,它的命運將會如何?
混亂的吸積盤英國一組研究人員跟蹤了一個距我們10億光年編號PG211 + 143的超大型黑洞附近一顆地球大小的行星,因為這顆星球的軌道似乎出了什麼問題,果然在一天後,這顆星球因為沒對準黑洞的吸積盤,最終以光速1/3的高速度被黑洞吞沒。
(一顆星球因軌道混亂而落入PG211 + 143黑洞)
事實上,絕大部分的黑洞都是透過不斷吞噬周圍的物質,甚至相互吞併來迅速增加質量的。在此過程中,黑洞周圍的吸積盤會出現短期混亂,然後漸漸歸於平靜。而一旦被吞吃的是大質量恆星,很可能意味著吸積盤發生徹底的改變。
在最靠近黑洞的地方,吸積盤變得非常活躍,星塵粒子間劇烈摩擦,產生的高溫等離子體流幾乎將黑洞整個包裹起來。
(F01004-2237黑洞吞沒恆星模擬圖,能量釋放發出的光芒照亮了整個星系)
總結:儘管許多星空藝術家用計算機軟體畫出了無數黑洞吸積盤壯觀優美的畫面,但事實上黑洞的周邊從來就不是個平靜祥和的去處,這裡有極高的溫度、強大的磁場和肆虐的宇宙射線,還有時刻吞噬一切的黑暗地獄,一旦接近視界邊界,任何物質都不可能逃脫。
再美麗的吸積盤,都只是一個陷阱。
(M77星系中心黑洞的吸積盤看起來就像是一個巨大的輪胎)
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3 # 聊天選手九段
光束是物質當中最強“硬”的一種,至今沒有一種物質能把光束彎曲,最好是你親自用鉗子試一試,看看能否讓光束彎曲,而黑洞能吸引光束這是天方夜譚。
光束不可能彎曲!
圖為光束不可彎曲原理圖
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4 # 時空通訊黑洞都擁有三個基本特徵,質量、電荷和角動量。所有自然生成的黑洞都會旋轉,這是因為其繼承了其前身恆星的角動量守恆導致的。
大質量恆星死亡發生超新星大爆炸後,中心的殘留核心部分由於巨大的引力壓力,坍縮成一個黑洞,會保留原有恆星的角動量,由於其體積變得無限小,旋轉速度就變得非常快,強大的引力會吸積周邊物質向自己靠攏,巨大的離心力會使這些物質圍繞著黑洞赤道上下形成一個巨大的吸積盤。
這就是黑洞會形成吸積盤的原因。快速旋轉的吸積盤將物質甩成一個盤狀,垂直於這個“盤子”的兩個方向物質在巨大離心力作用下會向赤道方向甩出,所以黑洞那黑黑的空洞部分就會暴露出來。
前不久科學界在世界多地同步釋出的M87星系黑洞照片就是這樣,就像一個甜甜圈,在金黃帶紅的光環中心有一個黑黑的窟窿。
科學家宣佈,M87星系黑洞周圍的吸積盤每2.5天會繞著這個黑洞旋轉一圈,這個資料引起了天文愛好者們一番質疑和熱議。許多人根據這個黑洞具有65億個太陽質量計算,其史瓦西半徑約為192億公里,這樣事件視界赤道周長就是1206億公里,2.5天旋轉一圈,就達到55.8萬公里/秒的速度,大大超過了光速。
而圍繞著這個黑洞旋轉的並非是光,而是星際塵埃碎片等物質,由於極快速度的旋轉和碰撞,迸發出來的等離子體,根據愛因斯坦相對論,這類物質是不可能達到光速執行的。
但科學的觀測資料是嚴謹的,不容懷疑。於是在科學界沒有給出解釋之前,一些愛好者給出瞭解釋:這個2.5天轉一圈的速度並非在黑洞赤道處,而是在黑洞球面的高維度。吸積盤並非一個薄薄的盤狀,而是一個很厚的盤狀,球狀史瓦西半徑的高維度,那裡的周長遠遠沒有達到那麼大的尺度,物質的旋轉速度並沒有達到光速。
因此高速的旋轉形成的吸積盤,是黑洞不會完全是一個封閉的發光球體的原因。
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5 # 時間史
在回答此問題之前,我們先來看看什麼是吸積盤。吸積盤,毫無疑問,就是一種類似盤子形狀的,它常常是繞著恆星運動,是由一種彌散的物質組成的,圍繞中心體(包括恆星,黑洞,白矮星等等)轉動的結構。
吸積盤是如何形成的呢?我們知道,中心天體都有引力,其周圍的氣體都會向它靠攏,如果這些氣體的角動量足夠大的話,在它們向中心天體靠攏時,其產生的一種離心力就能夠與中心天體的引力相抵抗,這樣的話,就形成了一個類似於盤狀的結構,我們就稱它為“吸積盤”。
所以說,吸積盤不只存在於黑洞中,它也存在於其他的天體中。在吸積盤中,物質是透過較差轉動及粘滯向外傳遞角動量的,在此過程中,氣體身上的引力能得以釋放,同時,它們加熱吸積盤中的氣體,這樣,吸積盤中的氣體就會向外輻射,而黑洞的吸積盤產生的輻射大多都處於光譜x—射線區,這是在事件視界之外,再加上有許多外界物質被吸入黑洞中,而吸積盤產生的輻射處於光譜區,又同時做著旋轉運動,所以我們也就能觀測到它是一個發光的球體了。
當黑洞周邊的物質(帶有角動量)落入黑洞中心時,物質的重力與角動量損失,而由於總角動量守恆,這些物質就會被空間裡湍流而增加的粘滯力脫離黑洞中心,而此時的角動量就被傳到吸積的物質上了,這些角動量使一些物質相互摩擦碰撞產生了電磁輻射,所以在黑洞吸積盤的垂直方向只吸收物質,並且也是在垂直方向才會有光線發出。
黑洞都有一個事件視界,在視界以內,光是無法逃離的,但是在視界之外,我們可以看到光,而吸積盤在朝向事件視界轉動時,它就會為電磁輻射提供能量,所以也就成一個發光的球體了,說到底,這些光還是來自於電磁輻射源。
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黑洞是暗物質的旋轉形成的,它根本就不是一個實質性的天體。例如離我們最近的比鄰星,就是一個三星系統,三顆恆星圍繞共同的質點中心旋轉,同時又隨著銀河系的暗物質自旋盤公轉。那麼這三顆恆星都在一個暗物質漩渦中運動,中心往下,不和它們在一個平面,就應該對應著一個很小的“黑洞”。所以小黑洞在銀河系就不知道有多少?非常常見,不足為奇。它的公轉方向和速度就是銀河系的自旋方向和速度,所以造不成多大危害。
黑洞都有自己的“吸積盤”,也就是旋轉的“黑洞壁”。“黑洞壁”承受著巨大的壓力,同時向外產生反作用力“斥力”,向上產生吞噬現象。進入這個範圍,就會被高速旋轉的暗物質帶入黑洞,包括“光”。還有一種吞噬就是,物質進入黑洞視界範圍的上方,很遠距離就會被進入黑洞的暗物質高壓氣流帶入,產生吞噬現象。一種是高速旋轉的高密度暗物質進行吞噬,一種是進入黑洞的高壓暗物質氣流進行吞噬,這是兩種情況。
黑洞質量都集中在黑洞壁,裡面就是一個“洞”,是平衡星系結構上下氣流的通道。裡面沒有實質性星體,也沒有理論上的那個“奇點”。黑洞內最奧秘的是沒有我們這樣的時間(指星系中央黑洞)。
高速旋轉的黑洞壁裡面有物質的存在,所以能被觀察到。
黑洞的吞噬是有方向性的,向周圍產生的是“斥力”,向上才產生吞噬現象。