宇宙黑洞是怎樣形成的,宇宙黑洞如何形成

2022-10-01 01:17:16 字數 5554 閱讀 8084

1樓:匿名使用者

黑洞本質上也是天體。

黑洞是由大質量恆星演化後期通過超新星爆發形成的。

當大質量恆星演化到後期時,外層氣體膨脹,成為一顆紅巨星或紅超巨星,核心因重金屬元素大量集聚,引力增強而收縮,形成按照元素原子量由大到小、由內向外逐層排列的「洋蔥頭結構」,如下圖。

恆星中的核聚變反應到鐵就停止了,因為在所有元素中,鐵的原子內能是最低的。比鐵輕的元素靠聚變反應釋放能量,比鐵重的元素靠裂變反應釋放能量。只有鐵,既不能以聚變的形式釋放能量,也不能以裂變的形式釋放能量。

無論是使鐵聚變還是裂變,都需要給鐵原子核提供能量,而恆星中正常的核聚變反應產生的能量還不足以使鐵原子核發生聚變或裂變。所以,當恆星中心形成鐵,並積累到一定量後,恆星外面各層中的元素由於恆星膨脹造成的壓力下降、溫度下降、密度下降,各層中的核聚變反應就都會停止。

恆星是依靠內部核聚變反應產生的向外的輻射壓與向內的引力相平衡來保持穩定的。核聚變反應停止了,向外的輻射壓消失,而向內的引力不會改變,於是,在強大的引力下,恆星外層物質就會向內部坍縮。這個速度非常快,當外層物質接近中心的鐵核時,其速度甚至高到接近光速。

但鐵核是的鐵以簡併態存在,不可壓縮。於是,外層物質到達鐵核時,彷彿撞到了一面無比堅硬的牆,在帶給鐵核巨大的動能的同時,會以幾乎相同的速度反向衝出恆星,形成無比劇烈的內爆,這就是超新星爆發。鐵核接受到的撞擊能量使鐵繼續發生聚變反應,產生出一系列比鐵更重的元素,如金、銀、汞、鉛等,一直到鈾。

鈾是在宇宙中能夠自然形成的最重的元素。元素越重,產生時所需要的能量越多,產生的量也越少,這也是宇宙中(包括地球上)越重的元素就越少的原因。

在超新星爆發時,恆星中原有的物質中的大部分都會隨著內爆的發生而拋散在宇宙空間,只留下一少部分物質保留在恆星核心中。理論計算的結果是,如果保留下來的物質質量在1.44倍太陽質量以上(稱為錢德拉塞卡極限,為白矮星的最高質量)、3.

2倍太陽質量以下(稱為奧本海默-沃爾可夫極限,中子星的最高質量),則會形成一顆大部分由中子構成的天體,稱為中子星。如果保留下來的質量大於3.2倍太陽質量,那麼這個恆星核心將不可避免地繼續收縮,直到形成乙個半徑無限小、密度無限高的點,稱為「奇點」,並在奇點外圍形成乙個光線無法穿越的區域,稱為「視界」。

在視界內部,由於物質高度集中,引力極強,其表面脫離速度(該天體的第二宇宙速度)等於光速,使其內部的所有物質(包括光線)都無法脫離其表面,而外部物質和光線進入視界後,也不再被外界觀察到,彷彿是宇宙中的乙個無底深淵,因此被稱為「黑洞」。

黑洞就是這樣形成的。

要形成乙個黑洞,其原始恆星的質量至少要達到8倍太陽質量。或者說,8倍太陽質量以上的恆星,最終可能都會以黑洞的方式結束它們的一生。

2樓:匿名使用者

太陽質量*30或者30以上,在晚期因為自身引力坍塌的作用下,形成。不懂可以追問

3樓:

超大質量恆星死亡後因引力塌縮形成黑洞。

宇宙黑洞如何形成

4樓:小舅舅有點帥

宇宙黑洞的形成過程:某乙個恆星在準備滅亡,核心在自身重力的作用下迅速地收縮,塌陷,發生強力**。當核心中所有的物質都變成中子時收縮過程立即停止,被壓縮成乙個密實的星體,同時也壓縮了內部的空間和時間。

宇宙在早期由於局域空間的物質分布過於密集,導致物質直接坍塌所形成的黑洞。它們的形成機制有別於通常情況下恆星坍縮形成的黑洞。可以想像的是,彼時的宇宙與當前它幾乎空蕩蕩的狀態是截然不同的。

極早期宇宙的溫度極高,物質分布也呈現出極為稠密的等離子體態。原初黑洞就是在這個時期形成的。打個通俗的比喻,這就像在一鍋濃稠滾燙的熱粥裡撒上了一把黑芝麻。

擴充套件資料

原初黑洞是指宇宙在極早期由於局域空間的物質分布過於密集,導致直接坍塌形成的黑洞。早在上世紀60年代,物理學家澤爾多維奇和霍金分別指出了這類黑洞的理論可能性。它是宇宙中暗物質的候選者之一,可以作為種子黑洞在星系中演化形成超大質量黑洞,也可能是產生引力波的一種重要天體。

然而在標準宇宙學模型中,宇宙空間經歷了暴脹的迅速放大之後,會被拉扯得極為均勻,導致原初黑洞的產生率極低,不足以帶來令人期待的觀測效應。這為探測原初黑洞提出了挑戰。

中科大研究團隊提出了一種新的原初黑洞產生機制,利用暴脹時期的聲速振盪來共振放大原初物質密度擾動,使得原初黑洞的產生率達到天文觀測可檢驗的水平。

5樓:

黑洞的產生過程類似於中子星的產生過程

恆星的核心在自身重量的作用下迅速地收縮,發生強力**。當核心中所有的物質都變成中子時收縮過程立即停止,被壓縮成乙個密實的星球。但在黑洞情況下,由於恆星核心的質量大到使收縮過程無休止地進行下去,中子本身在擠壓引力自身的吸引下被碾為粉末,剩下來的是乙個密度高到難以想象的物質。

由於高密度而產生的力量,使得黑洞任何靠近它的物體都會被它吸進去。人們無法直接觀察到它,物理學家也只能對它內部結構提出各種猜想。就像是一棟樓大廈的質量你不能直接測量一樣,但是你可以根據質量等於密度*體積可得一樣。

究竟黑洞裡面除了的物質具有什麼樣的特性,還有待於探索。

6樓:積極向上的廢人

當一顆巨大的恆星壽命終結時,會產生超新星爆發,黑洞就是在這個時候形成的(小一些的恆星死去時會形成緻密的中子星)。

從理論上來說,只要一顆恆星的質量足夠大(大於3倍的太陽質量就可以了),一旦進入這個死亡階段,就沒有任何力量可以阻止這顆恆星在引力的影響下持續塌縮,最終形成緻密的黑洞。

恆星的碰撞甚至會產生更大的黑洞。2023年12月,美國宇航局的斯威夫特望遠鏡剛剛啟用不久,就觀測到了強大的、短暫的閃光——伽瑪射線爆發。

隨後,錢德拉x射線天文台和nasa的哈勃太空望遠鏡從爆發的餘暉中收集到了相關資料,天文學家們通過這些觀測資料最終得出結論,這個強大的射線爆發是乙個黑洞與乙個中子星撞擊產生的,而這個撞擊則生成了乙個新的黑洞。

黑洞是由質量足夠大的恆星在核聚變反應的燃料耗盡而死亡後,發生引力坍縮產生的。

黑洞的質量極其巨大,而體積卻十分微小,它產生的引力場極為強勁,以至於任何物質和輻射在進入到黑洞的乙個事件視界(臨界點)內,便再無法逃脫,甚至目前已知的傳播速度最快的光(電磁波)也逃逸不出。

黑洞無法直接觀測,但可以藉由間接方式得知其存在與質量,並且觀測到它對其他事物的影響。藉由物體被吸入之前的因高熱而放出紫外線和x射線的「邊緣訊息」,可以獲取黑洞存在的訊息。推測出黑洞的存在也可借由間接觀測恆星或星際雲氣團繞行軌跡取得位置以及質量。

擴充套件資料:

恆星質量黑洞

在尺度譜上的一端,存在著數不盡的小型黑洞,它們是大質量恆星的殘留物。在整個宇宙中,這些恆星黑洞的質量通常是太陽的10到24倍大。通常,科學家們通過觀測黑洞對其周圍物質(例如恆星、星雲)吸積的過程中釋放大量的x射線,對其進行定位。

然而,大部分恆星黑洞在宇宙中孤立存在,是無法被人們觀測到的。根據計算那些質量足夠大,可以產生黑洞的恆星的數量來判斷,科學家們估計僅僅在銀河系中就有多達一千萬到一億個這樣的恆星黑洞。

特大質量黑洞

如果說恆星黑洞是宇宙中廣泛分布的居民,那麼在尺度譜上的另一端,黑洞界的巨人——特大質量黑洞,則在宇宙中處於支配地位。特大質量黑洞的質量大約是太陽的數百萬甚至數億萬倍,但它的半徑卻和太陽差不多。

天文學家認為,特大質量黑洞存在於幾乎所有的大型星系的中心區域,甚至包括銀河系在內也有這樣的黑洞。人們可以通過觀察這些黑洞對其附近的恆星和氣體的影響發現他們的蹤影。

這些特大質量黑洞一旦形成,就會繼續大量地吸積周圍的氣體和塵埃,以及星系中心豐富的其他物質,於是這樣的黑洞就會越來越大。

關於特大質量黑洞的形成機制,有一種說法是,特大質量黑洞是成百上千個恆星黑洞互相融合的結果。此外,還有一種假設是由巨大的氣體雲迅速塌縮形成。

第三種說法是,在緊湊的星團中,恆星間的相互碰撞產生一系列連鎖反應,形成質量極其巨大的恆星,然後這些質量極其巨大恆星塌縮,會形成數個中等質量黑洞。

繼而,這個星團會沉入星系中心,其中的中等質量黑洞又會相互合併,最終形成特大質量黑洞——這個假說同時引入了中等質量恆星的存在。

7樓:炎個夏

具體形成方式如下:

當一顆恆星衰老時,它的熱核反應已經耗盡了中心的燃料,由中心產生的能量已經不多了。這樣,它再也沒有足夠的力量來承擔起外殼巨大的重量。

所以在外殼的重壓之下,核心開始坍縮,物質將不可阻擋地向著中心點進軍,直到最後形成體積接近無限小、密度幾乎無限大的星體。而當它的半徑一旦收縮到一定程度(一定小於史瓦西半徑),質量導致的時空扭曲就使得即使光也無法向外射出——「黑洞」就誕生了

8樓:可愛的大婕妤

超大質量黑洞的形成有幾個方法。

一、最明顯的是以緩慢的吸積(由恆星的大小開始)來形成。

二、另乙個方法涉及氣雲萎縮成數十萬太陽質量以上的相對論星體。該星體會因其核心產生正負電子對所造成的徑向擾動而開始出現不穩定狀態,並會直接在沒有形成超新星的情況下萎縮成黑洞。

三、第三個方法涉及了正在核坍縮的高密度星團,它那負熱容會促使核心的分散速度成為相對論速度。最後是在大**的瞬間從外壓製造太初黑洞。超大質量黑洞平均密度可以很低,甚至比空氣密度還要低。

這是因為史瓦西半徑與其質量成正比,而密度則與體積成反比。

「黑洞」一詞命名者、美國著名物理學家約翰·惠勒教授曾經說過:今後誰不熟悉分形幾何,誰就不能被稱為科學上的文化人。

中國著名學者周海中教授曾經指出:分形幾何不僅展示了數學之美,也揭示了世界的本質,從而改變了人們理解自然奧秘的方式;可以說分形幾何是真正描述大自然的幾何學,對它的研究也極大地拓展了人類的認知疆域。可見,分形幾何有著極其重要的科學地位。

黑洞是宇宙中最神秘的自然現象。它為什麼具有分形幾何特徵,其原因現在還是乙個謎。

9樓:咪浠w眯兮

黑洞的產生過程類似於中子星的產生過程:某乙個恆星在準備滅亡,核心在自身重力的作用下迅速地收縮,塌陷,發生強力**。當核心中所有的物質都變成中子時收縮過程立即停止,被壓縮成乙個密實的星體,同時也壓縮了內部的空間和時間。

但在黑洞情況下,由於恆星核心的質量大到使收縮過程無休止地進行下去,連中子間的排斥力也無法阻擋。中子本身在擠壓引力自身的吸引下被碾為粉末,剩下來的是乙個密度高到難以想象的物質。由於高質量而產生的引力,使得任何靠近它的物體都會被它吸進去。

當一顆恆星衰老時,它的熱核反應已經耗盡了中心的燃料,由中心產生的能量已經不多了。這樣,它再也沒有足夠的力量來承擔起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下,核心開始坍縮,物質將不可阻擋地向著中心點進軍,直到最後形成體積接近無限小、密度幾乎無限大的星體。

而當它的半徑一旦收縮到一定程度(一定小於史瓦西半徑),質量導致的時空扭曲就使得即使光也無法向外射出——「黑洞」就誕生了。

美國宇航局有關乙個超大質量黑洞及其周圍物質盤,炙熱的物質團(乙個呈粉紅色,乙個呈黃色)每乙個的體積都與太陽相當,環繞距離黑洞較近的軌道執行。科學家認為所有大型星系中心都存在超大質量黑洞。

黑洞一直在吞噬被稱之為「活躍星系核」的物質。由於被明亮並且溫度極高的下落物質盤環繞,黑洞的質量很難確定。根據刊登在《自然》雜誌上的一篇研究**,基於對繞黑洞執行物質旋轉速度的計算結果,37個已知星系中心黑洞的質量實際上低於此前的預計。

物理學家組織網2023年9月25日(北京時間)報道稱,新研究中梅爾西尼—霍頓描述了一種全新的方案。她和霍金都同意,當恆星因自身的引力發生坍塌時會產生霍金輻射。但梅爾西尼—霍頓認為,發出這種輻射後,恆星的質量也會不斷地發生損失。

正因為如此,當這些恆星坍縮時就不可能達到形成黑洞所必須的質量密度。

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