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时空弯曲的神秘漩涡

来源:不详       更新时间:2010-11-26 12:02:50
 
比较大,大于10倍太阳质量但小于20倍太阳质量,引力就会更强一些,这时电子简并压力也无法与引力抗衡,恒星会进一步塌缩。这时另一种力——“中子简并压力”出现并发挥作用,能够与引力达到平衡。星体于是停止塌缩。这时形成的星体叫做“中子星”。中子星中大部分物质都是由中子构成的,中子和中子之间空隙很小,故中子星密度非常大:它的半径只有10公里,但是质量却达到太阳质量的两倍!

  若爆发恒星的质量高于20倍太阳质量,引力会非常强,即使是中子简并压力也无法与之平衡,于是恒星只能无限制的塌缩下去,变成一个黑洞!这次发现的黑洞,其前身星正是一个大约20倍太阳质量的恒星!

  详细研究表明,对于质量大于20倍太阳质量的恒星,其演化的最终结局虽然都是黑洞,但却有两种截然不同的具体表现:一是超新星爆发,二是伽马射线暴。恒星具体命运如何,取决于恒星的初始物理状态,比如旋转的快慢。旋转慢的大质量恒星死亡后会发生超新星爆发,而旋转快的则会形成一个强大的“喷流”,形成伽马射线暴。超新星爆发与伽马射线暴两种爆发的总能量相差无几,区别在于前者较“温和”,即这些能量是在较长的时间里爆发,而后者非常剧烈,在极短时间里——从不到1秒到几百秒——就发出巨大的能量。伽马射线暴是宇宙自诞生以来我们目前所知道的最剧烈的爆发现象,是上世纪60年代才偶然发现的比较新的天文现象,关于它的起因仍是一个谜,因此是目前天体物理研究的一个热点。而这次观测到的年轻黑洞,形成于31年前观测到的一次超新星爆发。

  首次看到黑洞诞生

  这次美国宇航局宣布的发现意义之所以重大,原因就在于我们人类历史上首次看到了黑洞的诞生以及“婴儿期”演化的整个过程。

  此前,曾有媒体宣称NASA此次宣布的发现“足以震惊全人类”,引发网友广泛关注,钱德拉望远镜的官方网站甚至因为访问人数过多而无法访问。虽然这则消息不是有些人想象中的“外星人”、“飞碟”、“世界末日”之类,但从科学研究的意义上,这的确是个意义重大、激动人心的消息。

  可以想象,上面描述的恒星从衰老到爆炸死亡、形成黑洞的整个过程是极端复杂的,涉及到的物理知识几乎涵盖了经典以及现代物理和天文学的所有主要的分支和领域,包括核物理、统计物理、广义相对论、量子力学、流体力学、辐射物理以及恒星结构与演化等等。毫不夸张地说,黑洞的形成理论是物理和天文学家们几个世纪来智慧的结晶、集大成之作。

  显然,从观测上验证上述黑洞形成的复杂理论,最理想的情况就是看到恒星从爆发到形成黑洞的整个过程。然而,迄今为止,尽管天文学家们已经在银河星内发现了20多个黑洞,却无法判断这些黑洞的年龄——只是可以确定,它们都不是刚刚诞生的。

  这次美国宇航局宣布的发现意义之所以重大,原因就在于我们人类历史上首次看到了黑洞诞生以及早期演化的整个过程,而且由于这个黑洞距离我们非常近,只有5000万光年,更为资料积累提供了便利。从1979年恒星开始爆发,一直到今天的31年时间里,我们都有对这个黑洞的详尽的观测资料。这对于验证我们的恒星演化和黑洞形成理论,并进而推断星系、宇宙中黑洞的分布以及有关的天体物理研究无疑将有重要帮助。

  同时,天文学家之所以对黑洞那么有兴趣,还有很多原因。目前,国际上的天体物理研究热点,有“一黑、两暗、三起源”的说法,“一黑”指的就是黑洞(两暗是指暗物质、暗能量,三起源是指宇宙起源、天体起源、生命起源)。黑洞研究之所以重要,首先因为黑洞周围引力极强,由此引起的吸积盘中的气体的其他物理性质也都非常极端,如超高温、高压、超强磁场等等,这些极端的条件是地球上的实验室无法达到的,而这些恰恰对于我们验证物理学的基础性理论如广义相对论等可以说起着举足轻重的作用。其次,宇宙中大部分有趣的剧烈爆发、高能量现象都是跟黑洞联系在一起的,比如伽马射线爆发、活动星系核(指的是星系中心的质量超过太阳质量百万倍以上的超大质量黑洞)等,故研究黑洞能直接帮助我们揭开这些现象的神秘面纱。第三,最近的研究发现,黑洞与其他的一些人们感兴趣的问题紧密相关,比如星系是如何形成和演化的。只有研究清楚了黑洞本身,才可能最终解决这些难题。

  相关链接  钱德拉太空望远镜

  钱德拉太空望远镜原称高级X射线天体物理学设施(AXAF),是美国航宇局NASA“大天文台”系列空间天文观测卫星中的第三颗。该系列共由4颗卫星组成,另三颗是康普顿(Compton)伽马射线观测台、哈勃太空望远镜(HST)和斯皮策太空望远镜。

  钱德拉望远镜专为观察来自宇宙最热

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