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超大質(zhì)量黑洞怎么形成的 黑洞怎么形成的

為什么一些恒星終將演化成黑洞?
這是恒星的引力與內(nèi)壓力所決定的 。兩種力相互對立,恒星的引力作用于恒星表面物質(zhì),使物質(zhì)有內(nèi)陷的趨勢 。同時,恒星的內(nèi)壓力在恒星表面產(chǎn)生向外的力,使物質(zhì)有向外擴(kuò)張的趨勢 。當(dāng)這兩種力達(dá)到平衡(即強(qiáng)度相等)時,恒星體積保持現(xiàn)有尺寸:既不會坍塌也不會膨脹 。太陽與地球也是如此 。

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圖解: 低質(zhì)量恒星(左循環(huán))和高質(zhì)量恒星(右循環(huán))演化的循環(huán),對應(yīng)的例子以斜體字呈現(xiàn) 。
然而,當(dāng)一顆恒星耗盡核燃料 , 在持續(xù)地經(jīng)由恒星表面喪失能量(通過光能的形式)的同時 , 無法通過核聚變(由于沒有更多的核燃料)填補(bǔ)損失的能量,引力將超過內(nèi)壓力,引起恒星會緩慢收縮或迅速坍塌 。引力之所以會超過恒星的內(nèi)壓力 , 是因?yàn)閮?nèi)壓力由熱氣體所產(chǎn)生的 , 當(dāng)恒星從地表向外輻射能量時,會帶走氣體的能量 。
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圖解:藝術(shù)家觀念下在高密度分子云誕生的恒星 。
因此,恒星能否演化成黑洞 。這取決于其他來源的壓力(除了由正常熱氣體產(chǎn)生的壓力外)能否大到足以平衡內(nèi)向的引力,使得恒星的坍縮止于某個小體積處 。在熱氣體產(chǎn)生的壓力之外 , 還有其他形式的壓力 。將手按在桌面上,可以讓您體驗(yàn)到其他形式的壓力之一——感受到桌子的擠推,實(shí)際上它可以支撐你的體重(引力)!這種壓力使得桌子支撐起你的體重 , 來自桌子內(nèi)原子間的力 。
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圖解:質(zhì)子-質(zhì)子鏈的回顧,做為恒星核合成的一部分,依據(jù)恒星的質(zhì)量和內(nèi)部結(jié)構(gòu) , 在核心內(nèi)會發(fā)生各種不同的核聚變反應(yīng) 。原子在融合后的凈質(zhì)量會略小于融合前的原子質(zhì)量總和,這些失去的質(zhì)量,依照質(zhì)能等價的關(guān)系:E = mc^2.,被轉(zhuǎn)換成能量 。
此外,原子內(nèi)的電子會互斥(比如說,電子不會全部在同一個原子“軌道”上運(yùn)動——這稱作“不相容原理”) 。因此,假定我們有這么一個互斥的自由移動的電子集合:對這個集合壓縮的越緊(它們受限的體積越?。?nbsp;, 它們對壓迫的反抗越強(qiáng)烈——這種壓力反作用于你對電子的束縛 。
當(dāng)恒星經(jīng)引力坍縮到如地球這般大時,“電子回避”壓力才足以平衡太陽質(zhì)量大小的恒星所產(chǎn)生的引力 。因此當(dāng)如太陽一般大的恒星坍縮到地球大小的尺寸時,可以避免其演化成黑洞,并且內(nèi)部的“電子回避”壓力(稱為“電子簡并壓力”)的強(qiáng)度足以撐起恒星 。這種壓力不依賴于于恒星所含的能量——即使恒星持續(xù)地經(jīng)表面喪失能量,該壓力也能支撐著恒星 。這就是為什么我們的太陽永遠(yuǎn)不會成為一個黑洞的原因 。
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圖解: 電子簡并壓強(qiáng)是由泡利不相容原理產(chǎn)生的力,說明兩個費(fèi)米子不能同時占有相同的量子態(tài),這種力量也是物質(zhì)可以被壓縮的極限 。在恒星物理中,這是一個很重要的物理量,因?yàn)樗炀桶装堑拇嬖?。
然而,質(zhì)量為太陽3至5倍的恒星 , 引力更強(qiáng),電子簡并壓力不足以阻止其坍縮 。事實(shí)證明,中子也遵循不相容原理 , 同樣不能阻止大質(zhì)量恒星坍縮——根據(jù)現(xiàn)有推測,任何超過3至5倍太陽質(zhì)量的物體都無法停止坍縮,都將演化成黑洞 。
在非常遙遠(yuǎn)的未來,黑洞可能會泄漏并散開 。這事會發(fā)生嗎?如果會,又如何發(fā)生?

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