詳細解說黑洞是怎麼形成的

2020-11-23 萬象經驗

前一段時間兩個黑洞互相吞噬產生的引力波被科學家發現,各大媒體爭相報導,關於引力波的科普文章也是層出不窮。就是這些科普文章寫得再好,你可能也還是看不懂引力波到底是什麼。為啥?可能是因為你連黑洞是什麼都搞不清楚。今天,我們就來簡單介紹下黑洞。

為了理解黑洞的形成,我們需要了解下恆星的一生。剛開始,大量的氣體在其自身引力的作用下聚集在一起並開始向內收縮。當它收縮的時候,氣體原子之間的碰撞變得越來越頻繁、速度越來越快,這將導致溫度的上升。當溫度越來越高的時候,氫原子的碰撞將不再回彈,而是聚合形成氦,並放出大量的能量。如同氫彈爆炸,發出大量的光和熱。而這些能量又給氣體加熱,使氣體的溫度和壓力繼續上升,直到氣體的壓力足夠平衡自身引力引起的收縮。這個過程好比一個氣球,外層的橡膠想往裡面收縮,而裡面的氣體想往外面跑,當兩者存在平衡時氣球的大小也就不變了。這就是恆星的生命初期,太陽就是例子。

恆星的燃料總有一天會用完的。當燃料用完時,氣體的壓力無法抵抗自身的引力,從而恆星開始收縮。質量越大的恆星,燃料消耗的速度越快。因為質量越大,用來平衡引力收縮的氣體溫度壓力就要越大,而達成這一條件所消耗的燃料就要越多。據推算,太陽的燃料還有50億年才會消耗完。

當恆星燃料消耗完,它會逐漸收縮。根據質量的不同最終會形成「白矮星」、「中子星」、「黑洞」這三種形態。「白矮星」最後是由電子不相容產生的斥力來維持平衡,「中子星」最後是由中子之間不相容產生的斥力來維持平衡,而「黑洞」其質量太大,沒有一種力能和它引力引起的收縮產生平衡,所以它越來越小,形成一個緻密的天體。這就是恆星生命的終結。

由於黑洞引力非常大,連光都逃脫不了。所以我們不能直接看到黑洞,我們只能藉助其引力效應來判斷黑洞的存在。

黑洞不是洞,而是恆星「死掉」後形成的緻密天體。

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