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黑洞和中子星的形成是因為質量還是因為密度,如果只按照質量算的話,宇宙那麽重早就應該收縮坍塌了啊。。

黑洞就是中心的壹個密度無限大、時空曲率無限高、體積無限小的奇點和周圍壹部分空空如也的天區,這個天區範圍之內不可見。依據阿爾伯特-愛因斯坦的相對論,當壹顆垂死恒星崩潰,它將聚集成壹點,這裏將成為黑洞,吞噬鄰近宇宙區域的所有光線和任何物質。

黑洞的產生過程類似於中子星的產生過程:某壹個恒星在準備滅亡,核心在自身重力的作用下迅速地收縮,塌陷,發生強力爆炸。當核心中所有的物質都變成中子時收縮過程立即停止,被壓縮成壹個密實的星體,同時也壓縮了內部的空間和時間。但在黑洞情況下,由於恒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,剩下來的是壹個密度高到難以想象的物質。由於高質量而產生的力量,使得任何靠近它的物體都會被它吸進去。黑洞開始吞噬恒星的外殼,但黑洞並不能吞噬如此多的物質,黑洞會釋放壹部分物質,射出兩道純能量——γ射線。

也可以簡單理解:通常恒星最初只含氫元素,恒星內部的氫原子核時刻相互碰撞,發生聚變。由於恒星質量很大,聚變產生的能量與

恒星萬有引力抗衡,以維持恒星結構的穩定。由於氫原子核的聚變產生新的元素——氦元素,接著,氦原子也參與聚變,改變結構,生成鋰元素。如此類推,按照元素周期表的順序,會依次有鈹元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成,直至鐵元素生成,該恒星便會坍塌。這是由於鐵元素相當穩定,參與聚變時不釋放能量,而鐵元素存在於恒星內部,導致恒星內部不具有足夠的能量與質量巨大的恒星的萬有引力抗衡,從而引發恒星坍塌,最終形成黑洞。說它“黑”,是因為它的密度無窮大,從而產生的引力使得它周圍的光都無法逃逸。跟中子星壹樣,黑洞也是由質量大於太陽質量好幾倍以上的恒星演化而來的。

當壹顆恒星衰老時,它的熱核反應已經耗盡了中心的燃料(氫),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。而當它的半徑壹旦收縮到壹定程度(壹定小於史瓦西半徑),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。

吸積

黑洞拉伸,撕裂並吞噬恒星

黑洞通常是因為它們聚攏周圍的氣體產生輻射而被發現的,這壹過程被稱為吸積。高溫氣體輻射熱能的效率會嚴重影響吸積流的幾何與動力學特性。已觀測到了輻射效率較高的薄盤以及輻射效率較低的厚盤。當吸積氣體接近中央黑洞時,它們產生的輻射對黑洞的自轉以及視界的存在極為敏感。對吸積黑洞光度和光譜的分析為旋轉黑洞和視界的存在提供了強有力的證據。數值模擬也顯示吸積黑洞經常出現相對論噴流也部分是由黑洞的自轉所驅動的。

通常天體物理學家會用“吸積”這個詞來描述物質向中央引力體或者是中央延展物質系統的流動。吸積是天體物理中最普遍的過程之壹,而且也正是因為吸積才形成了我們周圍許多常見的結構。在宇宙早期,當氣體朝由暗物質造成的引力勢阱中心流動時形成了星系。即使到了今天,恒星依然是由氣體雲在其自身引力作用下坍縮碎裂,進而通過吸積周圍氣體而形成的。行星(包括地球)也是在新形成的恒星周圍通過氣體和巖石的聚集而形成的。當中央天體是壹個黑洞時,吸積就會展現出它最為壯觀的壹面。黑洞除了吸積物質之外,還通過霍金蒸發過程向外輻射粒子

中子星,是恒星演化到末期,經由引力坍縮發生超新星爆炸之後,可能成為的少數終點之壹。恒星在核心的氫、氦、碳等元素於核聚變反應中耗盡,當它們最終轉變成鐵元素時便無法從核聚變中獲得能量。失去熱輻射壓力支撐的外圍物質受重力牽引會急速向核心墜落,有可能導致外殼的動能轉化為熱能向外爆發產生超新星爆炸,或者根據恒星質量的不同,恒星的內部區域被壓縮成白矮星、中子星以至黑洞。白矮星被壓縮成中子星的過程中恒星遭受劇烈的壓縮使其組成物質中的電子並入質子轉化成中子,直徑大約只有十余公裏,但上頭壹立方厘米的物質便可重達十億噸,且旋轉速度極快,而由於其磁軸和自轉軸並不重合,磁場旋轉時所產生的無線電波等各種輻射可能會以壹明壹滅的方式傳到地球,有如人眨眼,故又稱作脈沖星。

壹顆典型的中子星質量介於太陽質量的1.35到2.1倍,半徑則在10至20公裏之間(質量越大半徑收縮得越小),也就是太陽半徑的30,000至70,000分之壹。因此,中子星的密度在每立方厘米

克至

克間,此密度大約是原子核的密度。 致密恒星的質量低於1.44倍太陽質量,則可能是白矮星,但質量大於奧本海默-沃爾可夫極限(3.2倍太陽質量)的恒星會繼續發生引力坍縮,則無可避免的將產生黑洞。

由於中子星保留了母恒星大部分的角動量,但半徑只是母恒星極微小的量,轉動慣量的減少導致了轉速迅速的增加,產生非常高的自轉速率,周期從毫秒脈沖星的700分之壹秒到30秒都有。中子星的高密度也使它有強大的表面重力,強度是地球的

倍。逃逸速度是將物體由重力場移動至無窮遠的距離所需要的速度,是測量重力的壹項指標。壹顆中子星的逃逸速度大約在10,000至150,000公裏/秒之間,也就是可以達到光速的壹半。換言之,物體落至中子星表面的最大速度將達到150,000公裏/秒。更具體的說明,如果壹個普通體重(70公斤)的人遇到了中子星,他撞擊到中子星表面的能量將相當於二億噸核爆的威力(四倍於全球最巨大的核彈大沙皇的威力),當然這僅僅是假設,真要是這樣的話,這個人在越來越接近中子星的時候,會被強大的潮汐力扯碎。

宇宙的不斷膨脹

壹般認為,宇宙產生於140億年前壹次大爆炸中。大爆炸後30億年,最初的物質漣漪出現。大爆炸後20億~30億年,類星體逐漸形成。大爆炸後90億年,太陽誕生。38億年前地球上的生命

麥哲倫星雲&amp

開始逐漸演化。

大爆炸散發的物質在太空中漂遊,由許多恒星組成的巨大的星系就是由這些物質構成的,我們的太陽就是這無數恒星中的壹顆。原本人們想象宇宙會因引力而不再膨脹,但是,科學家已發現宇宙中有壹種 “暗能量”會產生壹種斥力而加速宇宙的膨脹。

大爆炸後的膨脹過程是壹種引力和斥力之爭,爆炸產生的動力是壹種斥力,它使宇宙中的天體不斷遠離;天體間又存在萬有引力,它會阻止天體遠離,甚至力圖使其互相靠近。引力的大小與天體的質量有關,因而大爆炸後宇宙的最終歸宿是不斷膨脹,還是最終會停止膨脹並反過來收縮變小,這完全取決於宇宙中物質密度的大小。

理論上存在某種臨界密度。如果宇宙中物質的平均密度小於臨界密度,宇宙就會壹直膨脹下去,稱為“開宇宙”;要是物質的平均密度大於臨界密度,膨脹過程遲早會停下來,並隨之出現收縮,稱為“閉宇宙”。

問題似乎變得很簡單,但實則不然。理論計算得出的臨界密度為5×8^-30克/立方厘米。但要測定宇宙中物質平均密度就不那麽容易了。星系間存在廣袤的星系間空間,平均密度就只有2×10^-31克/立方厘米,遠遠低於上述臨界密度。

然而,種種證據表明,宇宙中還存在著尚未觀測到的所謂的暗物質,其數量可能遠超過可見物質,這給平均密度的測定帶來了很大的不確定因素。因此,宇宙的平均密度是否真的小於臨界密度仍是壹個有爭議的問題。不過,就目前來看,開宇宙的可能性大壹些,因為宇宙中還有更多的暗能量。

恒星演化到晚期,會把壹部分物質(氣體)拋入星際

NGC 5139 半人馬座Ω

空間,而這些氣體又可用來形成下壹代恒星。這壹過程中氣體可能越來越少(並未確定這種過程會減少這種氣體。)。以致於不能再產生新的恒星。10^14年後,所有恒星都會失去光輝,宇宙也就變暗。同時,恒星還會因相互作用不斷從星系逸出,星系則因損失能量而收縮,結果使中心部分生成黑洞,並通過吞食經過其附近的恒星而長大。(根據質能守恒定律,形成恒星的氣體並不會減少而是轉換成其他形態。所以新的恒星可能會壹直產生.)

10^17~10^18年後,對於壹個星系來說只剩下黑洞和壹些零星分布的死亡了的恒星,這時,組成恒星的質子不再穩定。10^32年後,質子開始衰變為光子和各種輕子。10^71年後,這個衰變過程進行完畢,宇宙中只剩下光子、輕子和壹些巨大的黑洞。

10^108年後,通過蒸發作用,有能量的粒子會從巨大的黑洞中逃逸出。宇宙將歸於壹片黑暗。這也許就是開宇宙“末日”到來時的景象,但它仍然在不斷地、緩慢地膨脹著。(但質子是否會衰變還未得到結論,因此根據質能守恒定律。宇宙中的質能會不停的轉換。)

閉宇宙的結局又會怎樣呢?閉宇宙中,膨脹過程結束時間的早晚取決於宇宙平均密度的大小。如果假設平均密度是臨界密度的2倍,那麽根據壹種簡單的理論模型,經過400~500億年後,引力開始占上風,膨脹即告停止,而接下來宇宙便開始收縮。

以後的情況差不多就像壹部宇宙影片放映結束後再倒放壹樣,大爆炸後宇宙中所發生的壹切重大變化將會反演。收縮幾百億年後,原來星系遠離地球的退行運動將代之以向地球接近的運動。再過幾十億年,宇宙背景輻射會上升到400開,並繼續上升,於是,宇宙變得非常熾熱而又稠密。 在坍縮過程中,星系會彼此並合,恒星間碰撞頻繁。

這些結局只考慮到引力作用。實際上可能有更多其他的復雜因素。

2002年,據中國網[3] 報道,美國普林斯頓大學的保羅·斯坦哈特教授與英國劍橋大學的尼爾·圖羅克教授,發表了關於“宇宙無始無終”的新論斷。他們認為,宇宙既沒有“誕生”之日,也沒有終結之時,而就是在壹次又壹次的大爆炸中進行運動,循環往復,以至無窮的。 至於“宇宙無始無終”的新論是否正確,報導中認為,過幾年國際天文學界可望對此做出驗證。但直到2013年,循環宇宙的觀點仍存在爭議。

加速膨脹

壹個科學家小組使用美國宇航局斯皮策空間望遠鏡進行的最新測量顯示,宇宙的膨脹速度約為46英裏(74公裏)每秒·每百萬秒差距(更精確的數值為:74.3 ± 2.1 (km/s)/Mpc)。

浩瀚宇宙為天文學家的觀測和研究提供了無限可能。誰能想象,璀璨星空正在不斷遠離我們,終有壹天會在我們眼中消失?然而,諾貝爾獎獲得者布萊恩·施密特指出,這就是正在發生的事實——物質與物質之間的空間正在加大。“這意味者大概百億年後的未來,絢爛的星空用肉眼再難觀測到,黑夜將壹片空寂,大概1000億年之後,除了我們所在的銀河系,所有星系都將相距遙遠各自飄離,人們看到的宇宙將空無壹物。”

美國科學家日前表示,基於相關發現中所獲數據的計算產生了壹個壞消息,即宇宙可能會在數百億年後面臨壹場災難。“如果妳利用我們現在知道的所有物理學(知識)直接計算,這是個壞消息,”美國費米國家加速器實驗室理論物理學家約瑟夫·利肯日前在美國科學促進會2013年年會上對媒體表示。美國科學促進會成立於1848年,是世界最大的科學協會之壹,《科學》雜誌也由其出版。利肯說,我們生活的宇宙並不穩定,科學界壹直希望推算宇宙的長期穩定性,但這需要獲得希格斯玻色子和其他亞原子粒子的精確質量,最近的發現提供了相關數據,在此基礎上進行的計算顯示數百億年後將有壹場災難——“壹個被認為會成為‘替代宇宙’的小空泡將在某處出現,隨後逐漸膨脹並最終將我們破壞”。他認為,小空泡將以光速膨脹。

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