1915年愛因斯坦提出廣義相對論,用幾何語言描述引力相互作用,認為有質量的物體可以使時空發生彎曲。
在愛因斯坦提出廣義相對論之後,天體物理學家們就根據該理論預測,當一定範圍內的空間中聚集質量足夠大的物質時,周圍的時空會無限扭曲,坍縮成一個奇點,形成一種極其可怕的天體——黑洞。
1965年,英國科學家羅傑·彭羅斯證明宇宙中確實可以存在黑洞,相關研究還獲得了2020年的諾貝爾物理學獎。
黑洞的主體為奇點和視界,奇點是一個密度無限大的點,而任何進入視界範圍的物質都會被無情的吞噬,即使是以光速前進的光線也不例外。視界外的物質會形成一個吸積盤,這些物質被黑洞的引力加速,以非常快的速度繞著黑洞運轉,不僅溫度極高,還會發出十分耀眼的光芒。在黑洞的引力拉扯下,物質將螺旋式靠近黑洞,被撕得粉碎,最終墜入黑洞。
研究表明,大質量的恆星在演化末期,都會以超新星爆炸的方式坍縮成黑洞。如果太陽變成一顆黑洞,那麼它的視界半徑就只有3公裡。當中子星的質量超過奧本海默極限(大約三倍太陽質量)後,也會坍縮成為黑洞。
經過多年的觀測,科學家們找到了黑洞存在的證據,並發現銀河系中心存在一個超大質量的黑洞,這個黑洞的質量是太陽質量的400萬倍。
科學家發現,恆星S4714與該黑洞最近時相距19億公裡,恆星在這個位置上的公轉速度可以達到每秒2.4萬公裡,相當於光速的8%。由於我們看到的只是很久之前的光,這麼近的距離,該恆星可能早已被黑洞吞噬。
此後,天文觀測表明,不僅銀河系中心存在黑洞,宇宙所有大型星系中心幾乎都存在黑洞,這與科學家此前的推測十分吻合。宇宙中的超大質量黑洞應該是通過吞噬其它天體成長起來的。
黑洞的質量越大,其視界半徑也就越大。如果以視界半徑來算黑洞的密度,對於超大質量的黑洞來說,其密度可能比水還要小。就拿M87星系中心的這個黑洞來說,它的質量是太陽質量的65億倍,可密度就只有水的密度的一半。
2019年,事件視界望遠鏡成功拍攝到了5500萬光年外的M87星系的中心黑洞的照片,未來拍攝銀河系中心黑洞的照片也只是時間問題。
太陽距離銀河系中心2.6萬光年,而太陽帶著地球等一眾兄弟們繞著銀河系中心旋轉。觀測數據表明,太陽正在以每秒220公裡的速度繞著銀河系中心公轉,每公轉一圈大約需要1.5億年。
就拿木星繞著太陽轉來說,木星其實是繞著太陽和木星的質心旋轉,只是太陽質量實在太大了,二者的質心正好位於太陽表面附近,看起來似乎太陽不動,木星在繞著太陽轉。
太陽繞銀河系中心旋轉也是這個道理。越靠近銀河系中心,恆星的密度和數量也就越大。銀河系大約有上千億顆恆星,它們都繞著銀河系中心旋轉,就是因為這是它們的共同質心。
銀河系中心雖然存在一個超大質量的黑洞,可是該黑洞的引力還不足以影響整個銀河系,只有離黑洞比較近的恆星才受到該黑洞的引力控制。銀河系中心的這個黑洞之所以能夠影響銀河系的運轉,是因為它控制了中心的那一批恆星,然後再間接帶動了銀河系的其他恆星。此外,銀河系的運轉結構還與暗物質有關。
由此可見,銀河系中心雖然存在黑洞,但太陽並非在繞著該黑洞轉。而黑洞也確實是宇宙中恐怖的存在,不僅塑造著宇宙的結構,或許還將主導宇宙的命運。
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