黑洞是怎么形成的(宇宙黑洞里面究竟是什么)

人类历史上首张黑洞的照片已经公布,关于黑洞是否存在的问题已经不必再争论了。那么黑洞是怎么来的呢?它们是怎样出现在宇宙中的呢?

黑洞是怎么形成的(宇宙黑洞里面究竟是什么)

由于黑洞不发光的特性,导致这种天体很难被看到,但是在宇宙中,黑洞并非一种罕见的天气,天文学家们认为,在银河系中至少就有1亿个黑洞,不过这些黑洞,绝大多数都是恒星级黑洞,此外就是少数星系级黑洞。

黑洞是怎么形成的(宇宙黑洞里面究竟是什么)

很多人都知道,大质量恒星发生超新星爆发可以形成黑洞,其实就黑洞的形成来说,可以说至少有4种生成模式,下面分别表述一下。

1.大质量恒星发生超新星爆发形成

银河系中绝大多数的恒星级黑洞,大部分都是由大质量恒星发生超新星爆发形成的,当质量超过太阳30倍的恒星到了主序星阶段的末期,其内部的核聚变,开始生成铁元素的时候,就会发生超新星爆发,这一瞬间,恒星内部的辐射压消失,引力完全占据主导作用,然而由于恒星的庞大质量,所以所有的物质都会向中心集中,在这一时刻恒星内部的高温高压,就会直接形成一个黑洞,而这个黑洞会迅速吸收恒星的物质,成为一个质量在太阳三倍以上的黑洞。

黑洞是怎么形成的(宇宙黑洞里面究竟是什么)

所以大部分的恒星级的黑洞都在太阳质量的3~100倍之间,不过有些恒星级黑洞会继续吸收附近恒星等天体的物质,或者与其他恒星级黑洞合并,成为质量在太阳的数百甚至数千倍的黑洞,但是质量超过太阳1000倍的恒星级黑洞非常少,因为黑洞对其他恒星物质的吸收以及黑洞的合并会历时很长时间,以如今宇宙138亿年的年龄还不足以形成很多大质量的恒星级黑洞。

黑洞是怎么形成的(宇宙黑洞里面究竟是什么)

2.宇宙大爆炸直接形成

我们银河系的中心黑洞人马座a*就是一个星系级黑洞,它的质量高达太阳的431万倍,已经被公布照片的m87星系中心黑洞,质量更是高达太阳的64亿倍,像这样的黑洞不可能是由恒星超新星爆发形成的,只有宇宙大爆炸的时候才可以形成如此巨大的超级黑洞。这是因为在宇宙大爆炸之时,某些区域中物质能量密度很高,从而直接形成了黑洞,这类的黑洞也是星系形成的原始力量,因为它们的强大引力可以吸附大量的物质在其周围,这些物质形成了原始的恒星,进而也就造就了星系。

黑洞是怎么形成的(宇宙黑洞里面究竟是什么)

必须指出的是,宇宙大爆炸之时形成的黑洞也并非全都是星系级的超级黑洞,也有一些小质量黑洞,有些这样的黑洞还没有地球的质量大,它们都被称为原初黑洞。

3.星体碰撞形成

上述两种黑洞形成模式之外,星体碰撞也是一种主要的星体形成模式,有些特大质量的恒星突然间又和一颗大质量的恒星碰撞到一起,那么在巨大的质量产生的引力作用以及两者的势能作用之下,相撞的恒星就不必演化到末期发生超新星爆发才成为黑洞了,而是在引力作用和势能作用下直接撞击成黑洞,即便这两种作用达不到成为黑洞的程度,也会在短时间中加速恒星内部核聚变的层级,导致其内部直接产生铁元素发生超新星爆发进而成为黑洞。

黑洞是怎么形成的(宇宙黑洞里面究竟是什么)

黑洞是怎么形成的(宇宙黑洞里面究竟是什么)

恒星之外,中子星的碰撞也会成为黑洞,因为中子星的质量也比较大,两颗中子星或者一颗白矮星与一颗中子星相撞的势能也是特别巨大的,再加上两者的质量引力作用,足以产生高温高压造就黑洞,因此恒星以及中子星的碰撞也是形成黑洞的一种常见模式。

黑洞是怎么形成的(宇宙黑洞里面究竟是什么)

4.高能粒子的碰撞形成微型黑洞

有理论物理学家认为一些高能粒子加速到接近光速时并使其撞击到一起,也会造就出一些极其微小的微型黑洞,不过这样的黑洞小到了普朗克单位的级别,会在霍金辐射效应之下瞬间蒸发掉,所以这种黑洞的产生比较特殊,它是在人为干预的情况下产生的,宇宙中不会产生这样的黑洞。

黑洞是怎么形成的(宇宙黑洞里面究竟是什么)

黑洞的产生基本不外乎如上4种模式,从黑洞的演变以及作用来看,它对宇宙的演变乃至星系的形成至关重要。比如我们的银河系,正是因为有了其中心黑洞人马座a*的存在,我们的银河系才能形成,而只有银河系形成了我们的太阳系也才能形成,太阳系形成才会有我们的地球和我们人类,因此,黑洞其实也是和我们人类的存在不无关系的。

黑洞是怎么形成的(宇宙黑洞里面究竟是什么)

至于我们的宇宙怎么来的,目前并没有理论解释这一问题,不过有假说认为可能起源于一个超级巨大的黑洞中的奇点,这个起点中的物质在某一时刻达到了质量上限,或者由于某种原因失去了平衡,从而发生了大爆炸,诞生了我们的宇宙。不过关于我们的宇宙诞生之前的推测,是不可能有证据证明的。

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