书城童书青少年应该知道的黑洞
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第5章 黑洞的其他知识

1.充满黑洞的宇宙

近几年,美国宇航局斯皮策太空望远镜的一项最新观测结果显示,国际天文学家在宇宙中某一狭窄区域范围内,首次同时发现了多达21处黑洞,它们是一直深度隐藏着的宇宙“类星体”黑洞群。

这一重大发现,第一次从正面证实了多年来天文学领域有关宇宙中有数目众多的隐身黑洞广泛存在的推测。充分的证据使人们相信,在浩瀚的宇宙中的确充满着各种各样未被发现的巨大引力源泉——“类星体”黑洞群体。

2.星系黑洞的形成

在每个星系的中心都有一个旋涡场,称之为星系旋涡中心。由于星系旋涡中心是星系旋涡场的动力中心,所以它内部储藏的暗能量,它的引力在星系中是最强大的。在强大暗能量的推动下,星系旋涡中心的旋转速度越来越快,暗能量在强大离心力的作用下,不断向旋涡中心的边缘集中,星系旋涡中心的中部地带的暗能量不断被抽走,越来越少。最后,星系旋涡中心的内部变成一种“真空”状态。至此,它的旋转速度才能稳定下来。星系旋涡中心的边缘,形成一个由高速旋转的暗能量组成的圆盘,它把星系旋涡中心,紧紧地包围起来。这个高速旋转的圆盘,带动周围的气体运动,使之发生激烈摩擦而发热,由此变成了一个热气体圆盘。这个内部成为“真空”状态的星系旋涡中心就是一个暗能量黑洞,我们称之为星系黑洞。

3.黑洞的吸积

黑洞会吸食伴星的物质,形成吸积盘。黑洞通常是因为它们聚拢周围的气体产生辐射而被发现的,而这一过程称为吸积。高温气体辐射热能的效率,会严重影响吸积流的几何与动力学特性。目前观测到了辐射效率较高的薄盘,以及辐射效率较低的厚盘。当吸积气体接近中央黑洞时,它们产生的辐射对黑洞的自转以及视界的存在极为敏感。科学家对吸积黑洞光度和光谱进行分析,找到了旋转黑洞和视界的存在提供强有力的证据。

简单说,“吸积”就是物质向中心流动。天体物理学家用“吸积”这个词,描述星际物质向中央引力体或者是中央延展物质系统的流动。吸积是天体物理中最普遍的过程之一,它形成了我们周围许多常见的星系结构。在宇宙早期,由于吸积,当气体朝由暗物质造成的引力势阱中心流动时,形成星系。即使到了今天,恒星依然是由气体云在其自身引力作用下坍缩碎裂,进而通过吸积周围气体而形成的。包括地球——也是在新形成的恒星周围,通过气体和岩石的吸积形成的。中央天体为太阳、地球时,吸积很平常。但是当中央天体是一个黑洞时,吸积就会展现出它最为壮观的一面。

4.黑洞形成过程中为什么一定会有物质喷出?

黑洞在形成过程中,一定会有物质喷射出来。从综合哲学角度看,这完全符合哲学总规律。黑洞形成中为什么一定会有物质喷出呢?

第一,事物的任何发展阶段都不是纯粹的。每一个阶段都会有上一阶段的遗留物和下一阶段的萌芽出现。黑洞在开始形成后,就已经有星云物质喷出。它也只有喷射出一些星云物质,才能不断融化那些恒星物质,以便被它所吸收。这就是说,黑洞在吞吸恒星物质的同时,它也在以另一种形式向外喷射一些物质。这种物质就是它在将来爆炸后,形成星系星球的星云物质。在分析中有综合,在综合中也有再分析。在恒星被黑洞吞吸过程中,它本身也一定会有物质喷射出来。

第二,由于黑洞有物质喷出,所以人类才能发现它。虽然黑洞不能发射出光线,但它还有巨大的引力。人类就是通过它的引力发现了它。引力是一个物体对其他物体的吸引能力。这是该物体的一种释放能量的表现。如果黑洞没有喷出任何物质,人类就不可能认识它。

第三,从哲学理论上说,一切事物的封闭、发展都是相对的,而事物的开放发展则是绝对的。一切事物在一定范围内,它是封闭发展的。否则,它也就不能成为一个相对独立的事物。但是,在更大范围内,它又会成为该范围的一个有机组成部分。一切事物都是与其周围事物,内在本质地联结在一起的。绝对封闭而与其周围事物没有任何联系的事物是根本不存在的。一切星系星球之间也都遵循这一规律,它们都是整个宇宙的不可分割的有机组成部分,黑洞也不例外。黑洞不仅通过引力与其周围宇宙区域相联系,它也必然会与其周围宇宙区域发生某种物质交换关系,即它必然会喷出物质。

第四,黑洞本身并不是最大的事物。宇宙中只有无限大,而不存在最大。黑洞也是有无限层次的。任何黑洞必然会被更大黑洞所吸引而逸出物质,和地球在接收太阳能量的同时也释放出能量一样。

总之,黑洞在它的形成过程中,一定会有物质喷射出来。一切事物在它的上一阶段就已为下一阶段的发展做好准备。所以,一切事物才能实现连续不间断的发展。

5.黑洞怎样吞噬恒星

我们知道,黑洞吞吃恒星的方式有两种:一种情况是,当一颗恒星朝着黑洞方向运动时,它会很快被黑洞的引力拉长,变成一束物质流被吸入黑洞,同时释放出巨大的能量,其中包括X射线。

另一种情况是,当一颗恒星进入黑洞的引力范围后,在下落时受到潮汐力的作用,恒星的物质在黑洞外围,形成一个抛物形盘状结构,气体和尘埃沿轨道绕黑洞旋转,逐渐被吸入黑洞,而这个逐渐消失的盘状尘埃结构的X射线,将稳定地辐射它。

科学家们认为,被黑洞吞吃的物质,在到达黑洞视界附近时,会受到强烈挤压,那里的温度可以高达1亿摄氏度以上,这时物质本身产生电离,并引起各种辐射。近期又有新的理论认为,黑洞视界附近的量子效应,会引发黑洞的发射和爆炸。因此,虽然看不见黑洞,但在它的表面附近的黑洞视界,却可以产生多种辐射,也可以说黑洞视界是多种辐射源。通过对辐射源的观测,可以大致确定黑洞的存在和有关黑洞的情况。

6.“节能冠军”——黑洞

利用美国宇航局的“钱德拉”X射线太空望远镜,美国天文学家发现星系具有高密度旋转中心,并有能吸入附近任何物质的黑洞,利用能量的效率极高,堪称宇宙的“节能冠军”。这一发现让科学家认识到,黑洞在宇宙中有更为复杂的角色。

科学家绘制的“黑洞发动机”,表明黑洞有为自己吸收的物质加速的能力。科学家首次对太空中9个较为古老的黑洞所吸入的热气物质和喷射出的高速高能物质进行了测量,从而推算出了黑洞发动机的效率。这些黑洞处于比银河系更大的星系中,距我们有0.5亿~4亿光年的距离。研究人员之所以没有研究银河系中心的黑洞,是因为他们觉得银河系不足够大,其中的气体也不够多。

研究人员用一种简单的办法,测算黑洞的能量效率:他们先用“钱德拉”望远镜观测星系内层大小计算黑洞能获得多少物质的能量,再根据炽热气团中的空洞大小计算黑洞释放出多少能量。结果发现,黑洞释放的能量几乎接近于它所获得的物质含有的能量。这就意味着,假如地球上有这样一辆高效率汽车,它就能利用1升汽油行驶4亿多千米。研究小组负责人、美国斯坦福大学科学家斯蒂芬·艾伦称,这些黑洞的效率比人类至今研制出的最有效的核能发动机效率,还要高出25倍。

7.黑洞和恒星的关系

无论恒星还黑洞,都只有一个体积很小,但质量和密度都很大的核。但是,两者还是有区别,恒星会发生强烈的振荡,并把振荡能传递给周围的宇宙微物质和天体。我们能够以各种方式感觉到的它们运动。而这种感觉的范围,往往被确定为是它的组成部分,也即被认为是它的体积。所以,在我们看来,它们就显得大。而黑洞除了它的核,我们几乎不能感觉到任何它周围的物质,而且连它输出的能量——纵向运动磁力线,我们现在也完全没有认识,更别提感知它的仪器了。我们人体感官完全不能感知这种纵向运动的磁力线能,所以它的体积也就很小。

其实,这就像一根火柴头,在燃烧前很小,点燃后就显得很大了,在一定的距离内,还会显得更大。因为我们将发光的部分,都认为是火柴头了。而且物体越明亮,我们的观察就会认为它更大。再如照相机的闪光灯,其实它很小,但当它闪光时,在一定的距离上我们看到的确是一个很大的光团。如果,我们不是事先认识它的体积,仅以光像来判断,一定会认为它是一个很大的物体。所以,实际上恒星并不大,而黑洞也并不小。只不过因为它们处在不同的运动状态,我们看到的效果不一样罢了。因此,不燃烧的恒星就是黑洞,燃烧的黑洞就是恒星。

恒星是由炽热气体组成的,能自行发光的球形或接近球形的燃烧天体。太阳,就是离地球最近的一颗恒星。

恒星的种类繁多,有双星,变星,聚星,新星,超新星等,大小各不相同,多数恒星质量在0.1~10个太阳质量,大的恒星是太阳的120多倍,而小的恒星质量只有太阳的百分之几。

恒星的颜色多种多样,有的发红,有的发黄,有的发蓝,表面温度和亮度也各有差别,表面温度越高,光度也就越大。

按组成成分,恒星的成分约为70%的氢,20%的氮,1.5%碳和0.5%的铁元素。恒星的数量庞大,我们肉眼可看到的大约有6500颗。

浩瀚的宇宙中,散落着无数颗恒星,一般认为,恒星是由星际物质凝缩而成的。而初试物质始质量和化学成分,决定了恒星的演化历程、演化速度和最终归宿。

我们通过天文观察知道,宇宙中弥漫着大量密度不一的星际气体和尘埃物质。在密度大的地方,往往形成星际气体云。质量很大的星云,在自身引力作用下会很快收缩、密集、升温。当星云质量达到1万倍的太阳质量时,由于密度分布不均匀,而变得不稳定。密度大的星云收缩更快,导致大型星云分裂瓦解成中等大小的星云。同理,中等星云又可能碎裂成更小的星云。小星云中密度较大的物体,能够吸引更多的气体和尘埃,并随着引力的增大而收缩,引力能转化为内部热能,内部温度升高。当温度达到2000K时,星云又发生坍缩,形成原始恒星。从星际气体和尘埃变成原恒星,这一过程,大约需要200万年。

原恒星诞生以后,在自身引力作用下,继续向中心收缩,内部物理反应加剧,引力能更快地转化为热能。中心温度继续增加,温度升高到一定程度,热能会转化为光能,开始闪烁发光。随着原恒星的继续演化,内部压强逐渐增大,最终能够阻止坍缩。此时,总质量不再增加,星体内部气体处于完全对流状态,这时原恒星已经成长为少年星——主序前星。

主序前星的内部温度达到3000~5000K,其引力能的一部分用于维持向外的辐射,一部分用于增加内部的热能,使其内部温度不断升高。当恒星内部温度升高到1500万开时,恒星内部发生热核反应,氢聚变为氦,此时恒星生命到达零龄主序,叫零龄主序星。

主序恒星的主要是核能,稳定的核反应让主序星的温度和光度将不再有太大的变化。恒星一生90%以上的时间,停留在主序星阶段。

主序星的热核反应,是在星体核心区进行的,当内部反应结束,氢全部聚变为氦时,反应区向外推移,恒星内部热核反应停止。外层物质在引力作用下又进一步向内挤压,核心区收缩,温度进一步增高,外层温度受内层影响升到107K时,壳层的氢开始燃烧,推动外面的包层受热膨胀,恒星的体积快速增大到千倍以上,而表面温度则快速下降。此时,恒星演化到红巨星阶段。

恒星核心区继续收缩,温度升高,到1亿K时,氦开始聚变成碳。

大质量恒星若得以充分演化,会依次聚变成为氧、硅等,直到合成最稳定的元素——铁。

小质量恒星,如太阳,在核能耗尽后,其质量小于1.44M就会演变为白矮星,等收缩到原来半径的几十分之一到百分之一时,中心密度已经很高,电子形成兼并态。当电子气体的压力足以抵住引力收缩时,便达到新的平衡。这时恒星不再收缩,只靠它的剩余热量发光,这种星称为白矮星。随着它的余热逐渐消失,表面温度逐渐降低,慢慢成为红矮星、黑矮星,就无法观测到了。

恒星外层进一步扩张,最后成为行星状星云。大质量的红超巨星坍缩后发生大爆炸,形成超新星。超新星爆炸时,外部的物质爆炸出去,形成星云状物质,内部坍缩,形成为中子星。

恒星在核能耗尽之后,如果它的质量在1.44M~2M,就会成为中子星。

如质量超过2M,则平衡态不再存在,星体将无限制地收缩。虽然目前还没有密度大于1027克/厘米的物质的实验数据,无法推测星体的具体结构,但根据理论可以推断,星体的半径将愈来愈小,密度将愈来愈大,终于达到临界点,这时它的引力之大,足以使一切粒子,包括光子,都不能外逸,因而称为“黑洞”。

黑洞,形成于大质量的恒星。当恒星到达老年期,自身内部的氢原子核数量,不足以支持核聚变反应的时候,那么就由氦原子核来进行核聚变反应。四个氦原子核发生聚变,形成碳原子核。进一步看,当氦原子核数量也消耗殆尽的时候,核聚变反应就改由四个碳原子发生聚变,形成一个铁原子核。在这个不断聚变的过程中,恒星的体积不断膨胀,直至几千倍,到聚变形成时,核反应要吸收核心的热量,恒星温度迅速下降,在巨大引力作用下,恒星又进行剧烈坍缩。这种坍缩一方面造成恒星内部结构开始发生收缩,原子间距不断缩小;另一方面造成恒星爆炸。

爆炸之后,恒星的外壳被抛到宇宙空间当中。这时,恒星内部的核结构开始发生收缩。原子间距离不断缩小,恒星的密度不断增大。物质间的作用随着距离的变小,引力不断增大。由于物质间,同时还存在斥力作用。当距离小到一定程度的时候,引力大于斥力,恒星就会发生坍缩。换句话说,恒星被自己的体重压垮了。这之后,恒星还会不断吸收周围的物质,使得自身重量越来越大。根据牛顿万有引力定律,物体质量越大,对其他物体的引力越大。那么,引力使得质量不断增加,不断增加的质量,又促使引力不断变大。最终发展成为,任何东西都会被它吸引。广义相对论认为,光具有波粒二相性。也就是说,光既是波,又是粒子。大质量的恒星本身,也会发光。随着质量的不断增大,最后会出现自身发出的光粒子,也会被吸引而出不来,这就是黑洞。

8.黑洞吞吐之谜

一直以来,科学家们都知道,宇宙黑洞是靠狂吞周围星体的物质来不断膨胀,但它如何吞噬、又如何消化这些物质,对地球上的人类来说一直是个谜。最近以美国密歇根大学的天文学助教乔恩·米勒为首的科学小组找到了答案:他们通过钱卓拉X射线望远镜在银河系中发现了一个黑洞,对黑洞周围气体所散发的X射线进行分析,从而揭开了宇宙的一大谜团—黑洞吞吐之谜:那就是黑洞把东西“吞”下去,最终必然会“吐”出来。只有这样,宇宙才可能保持物质能量的平衡。这次被发现的黑洞体系被命名为J1655.米勒表示:“根据星系际规则,J1655是我们的邻居,因此我们能够通过它,了解所有黑洞的功能,包括我们在类星体中发现的奇怪现象。”

米勒发现,这个黑洞体依靠强大的磁场引力,不断吸收周围星体的物质(气体与灰尘)进入自己的圆盘。在此过程中,这些物质开始脱离原本的运行方向,并向黑洞偏离,由此形成“角动量”(描述物体绕轴运动的物理量),也就是说,黑洞可以由此源源不断地吸收物质和能量。被改变方向的气体,使黑洞周围逐渐形成一个个越来越大、被称作“加速区”的圆环,这个环就像土星环一样。在“加速区”里,大量炽热气体绕着黑洞旋转。“吞”:一层层气体旋风围绕黑洞打旋,使大部分的热气以螺旋形,向黑洞内部扩展,约有30%的气体被驱散到宇宙中。“吐”:J1655黑洞驱动的磁场风,因磁场压力使气体向圆盘上和向圆盘外扩张,带走能量。

随着物质越吸越多,黑洞必须把圆盘上的物质转移走,以便为持续涌进的物质能量,提供足够的空间。打个比方说,就像一个巨大的水车。黑洞必须在吸收物质的同时,释放出相应的能量。

三十多年来,科学家们一直认为,圆盘内磁性物质之间产生摩擦,使圆盘从内向外形成风流,并使外部气体向内扩散。气体和尘埃就这样被吸进黑洞。

当圆盘被这些物质的摩擦力所压缩时,就会使圆盘发热,并释放X射线。事实上,除了摩擦力外,磁场风也能帮助黑洞释放物质能量。旋转的磁场风在“加速区”中,可达到每秒500千米的高速度,部分物质能量因此被它“驱赶”回宇宙空间。最终,分子摩擦和磁场风,使吸入黑洞的物质能量和被释放的物质能量,得以保持平衡。

9.黑洞的寿命

黑洞并不是永恒的,它也会因为某种辐射而从宇宙中蒸发,消失在星空中。一般黑洞被蒸发掉的时间很难估量,但一些小黑洞几乎是瞬间就被蒸发掉了。由霍金依据量子力学所揭示的微型黑洞的基本特征,即以黑体辐射形式的质量蒸发,这看起来是探测这类黑洞的主要希望之所在。

由密度涨落理论可以知道,低质量黑洞只能在宇宙早期形成,而黑洞的质量越小,蒸发得就越快,所以黑洞的寿命与其质量的立方成正比。质量为100万吨的黑洞,能存在10年。只有那些寿命比宇宙年龄(150亿年)长的微型黑洞,才能维持到今天。这些“与天同寿”的黑洞的初始质量最少都有10亿吨,这大约是一座山的质量,而黑洞半径只有质子大小。

质量更大的黑洞的蒸发时间,就比宇宙年龄要长得多,因为黑洞的蒸发是一种量子现象,只发生在与基本粒子直径相当的极小尺度上。因此,对于那些质量比一座山大的黑洞来说,蒸发无关紧要,因为无论这些黑洞是在宇宙早期形成的,还是后来在超新星爆发时形成的。这些黑洞质量增大的速率都超过蒸发的速率。

从理论上讲,由于黑洞有辐射,能辐射的物体都有寿命,所以可以推测黑洞也是有寿命的。辐射程度和质量成反比,只有黑洞质量无穷大时,才不具有辐射,但实际上并没有可能,所以虽然黑洞越大,寿命越长,但它的寿命终究有限。

10.黑洞会吞噬地球吗?

在科幻小说中,地球逐渐被黑洞吞噬,以致人类世界毁于一旦。然而这一切并非只在科幻小说中才出现,事实上危险正在逼近。据纽约美国自然历史博物馆海登天文馆馆长尼尔·德格拉斯·泰森表示:“如果我们遭黑洞袭击,对于太阳系来说,这将是一个不幸的时刻。”

庞大的银河系中,存在着数十亿颗恒星。每一颗恒星,都处于生命周期中不同的点。如果按常规推测,每天至少有一颗恒星死亡。一些质量巨大的恒星,在其生命的最后时刻,会发生塌陷并最终演化为黑洞。

拥有巨大引力的黑洞,充当无形的宇宙真空吸尘器,吞噬所到之处的一切物体,就连光线也无法逃离它的魔爪。

如果一颗流浪星际的黑洞,逼近太阳系并且向地球进发,科幻小说中描写的人类浩劫,将会成为现实。地球将冲出它的轨道,脱离太阳系,或是朝相反的方向,飞向太阳,致命的高温,将地球上的一切生灵,化为灰烬。无论是哪一种情况,一旦黑洞逼近地球,人类家园将被无情毁灭,难逃被吞噬的命运。

11.宇宙黑洞快速成长的原因

黑洞可以吸收宇宙中的各种射线,并且利用这些射线所含的能量向外扩张。由于宇宙中的黑洞拥有庞大的质量,这质量一般都相当于10亿颗太阳,它们存在于我们视觉不能够看到的宇宙的边缘之外地区。黑洞在吸进物质的同时,也会从中心向外产生两股方向分别相反的物质射流,这两种射流在它的南北极方向。黑洞本身是不可见的,但是其中蕴涵物质和射线之间的摩擦产生高温,而且物质在被黑洞吞噬的过程中,会发出大量X射线。由于黑洞中的射线,要经过相当长的时间才可以到达地球,所以我们所观测到的黑洞,实质上是其很久以前的状态。直到现在,天文学家们都还不能解释黑洞形成的这一问题。有一种理论认为,早期的宇宙在某些区域可能超出了“埃丁顿”界限(一个限制宇宙中物质成长速度的界限)的范围,导致了黑洞的快速成长。黑洞之所以能够打破这一界限,是因为它“吞食”其他物质的速度太快了,而且通过吞食其他的物质,还增长了黑洞的能量,形成一个恶性循环,从而造成了黑洞的快速生长。

12.黑洞的旋转方向

黑洞,既然是恒星发展的一个终态,当然它的旋转方向,就和原恒星自转方向一致。黑洞的形成,由恒星形成,严格的说,这是一种假说,其旋转方向,由恒星自传方向和吸引物质的质量大小,以及速度大小和方向决定,但黑洞也有可能彼此吸引,形成更大的黑洞,它的旋转方向,就较复杂(可以肯定的是没有黑洞不旋转),也就是说,影响黑洞自转的因素有很多,关键是看哪些是主要的,还要看哪些是单恒星的、多恒星的、两个以上黑洞形成的。我们就是希望知道,在这种假设下,能分析出多少影响它自转的因素。

13.黑洞动力学

为了理解黑洞的动力学及它们如何使内部的所有事物不能逃出边界这样的问题,我们首先需要讨论广义相对论。

广义相对论,是爱因斯坦创建的引力学说,适用于行星、恒星,也适用于“黑洞”。爱因斯坦在1916年提出来的这一学说,说明空间和时间,是怎样因大质量物体的存在,而发生畸变。简言之,广义相对论说,物质弯曲了空间,而空间的弯曲又反过来影响穿越空间的物体的运动。

再让我们看一看爱因斯坦的模型是怎样工作的。首先,考虑时间(空间的三维是长、宽、高)是现实世界中的第四维(虽然难于在平常的三个方向之外,再画出一个方向,但我们可以尽力去想象)。其次,考虑时空是一张巨大的绷紧了的体操表演用的弹簧床的床面。

爱因斯坦的学说认为,质量使时空弯曲。我们不妨在弹簧床的床面上,放一块大铅球,来说明这一情景:铅球的重量,使得绷紧了的床面,稍微下沉了一些,虽然弹簧床面基本上仍旧是平整的,但其中央仍稍有下凹。如果在弹簧床中央放置更重的铅球,则将产生更大的效果,使床面下沉更多。事实上,铅球越多,弹簧床面弯曲得越厉害。

同样的道理,宇宙中的大质量物体,会使宇宙结构发生畸变。正如10千克铅球比1千克铅球使弹簧床面弯曲得更厉害一样,质量比太阳大得多的天体,比等于或小于一个太阳质量的天体,使空间弯曲得厉害得多。

如果一个网球在一张绷紧了的平坦的弹簧床上滚动,它将沿直线前进。反之,如果它经过一个下凹的地方,则它的路径呈弧形。同理,天体穿行时空的平坦区域时,继续沿直线前进,而那些穿越弯曲区域的天体,将沿弯曲的轨迹前进。

现在,再来看看黑洞对于其周围的时空区域的影响。设想在弹簧床面上放置一块质量非常大的铅球,代表密度极大的黑洞。自然而自然,石头将大大地影响床面,不仅会使其表面弯曲下陷,还可能撕裂床面。类似的情形同样可以在宇宙中出现,若宇宙中存在黑洞,则该处的宇宙结构将被撕裂。这种时空结构的破裂,叫做时空的奇异性或奇点。

现在我们来看看,为什么任何东西都不能从黑洞逃逸出去。正如一个滚过弹簧床面的网球,会掉进由大铅球所撕裂的深洞一样,一个经过黑洞的物体,也会被黑洞引力陷阱所捕获。而且,若要挽救运气不佳的物体,需要无穷大的能量才能做到。

14.黑洞最新的研究成果

美国航空航天局银河系形成过程探测小组的科学家们研究发现,在某些巨大的星系中,特大质量的黑洞,营造出一种敌对的环境。在这种环境中,许多新星的形成,被无情地压制了。科学家们利用在太空轨道中的探测卫星,对距离我们较近的800余个不同的星系进行了探测,发现了许多迷人的景象,其中包括质量超巨的黑洞、形态各异的星系等。科学家们同时发现,在那些拥有超级黑洞的星系中,几乎没有新星。天文学家们认为,造成这一现象的原因,是由于超级黑洞的存在。

此前,天文学家们曾认为,黑洞对于恒星的诞生,起着非常重要的作用,但是他们并没有足够的证据,来证实这一理论。科学家们从2003年开始,对银河系形成过程进行研究。这项研究工作的结果,推翻了上述理论。因为科学家们使用了灵敏度极高的紫外线探测器,可以探测到年轻的星体散发出的微弱的紫外线。

科学家们称,黑洞往往位于一个星系的中心,其周围聚集着许多高密度的物质。随着时间的推移,黑洞和它所在的星系,都会不断地成长壮大,但是它们成长的速度,却是不一样。

在椭圆星系中的黑洞,会散发出一种临界物质,阻止新星诞生。换句话说,一旦黑洞的能力范围波及到了整个星系的话,那么在这个星系中,就不大可能诞生新的恒星了。根据这个“反应”理论,黑洞的存在不仅阻止了新星的诞生,同时也减缓了星系成长的速度。

我们不禁要问,为什么黑洞会起到这样的作用呢?科学家们分析后认为,大致有两个原因:第一个是黑洞中喷发出的强烈风暴,会破坏可能形成恒星的物质的聚合,使它们处在相对分散的状态中,加大了新星形成的难度。第二个可能的原因,是因为黑洞周围聚集了许多的气体物质,其中有很多是高温气体,这些气体的温度太高了,以至于影响了整个星系,星系里的新星在其周围无法聚集在一起,增加了新星形成的难度。

15.人类研究黑洞的意义

探索黑洞的方位,对我们人类来说极为重要,不仅在科学学术上,而且对于人类生活,也有影响。由于黑洞产生的吸积盘,是由带电粒子组成的,所以在它运动时,产生了磁场。大家知道,当运动的磁场,通过一个导体时,就会产生一个电动势。在这里的情况也如此,我们有一个转动的黑洞,与一个巨大的磁场,从而在黑洞两极至赤道间,产生一个巨大的电动势,可达10亿亿伏!这是一个惊人的能量,这是一个技术问题,等待人类以后去开发与利用吧!

以上这些内容,是我们对黑洞的初步探究,希望大家多提宝贵意见,来完善我们对黑洞的认识。希望以后有更多的同学投身于天文学与天体物理中,去感觉宇宙的巨大,去探索宇宙的奥秘,去体验宇宙的奇特!