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黑洞是如何吞噬恒星的?那些被黑洞吞噬的物質最終又去了哪裡呢?

黑洞是如何吞噬恒星的?那些被黑洞吞噬的物質最終又去了哪裡呢?

圖注:第一張黑洞照片

2019年,科學家們首次公布了黑洞照片,這是一張來自世界不同地區的8台射電望遠鏡共同合作“拍攝”的照片,或者說它是一張合成照片。

這張照片告訴我們黑洞确實存在,但是它不是一個洞,或者虛無,它是一個天體,就像我們的太陽,以及其他行星一樣,隻是由于它的引力太強大了,我們現有的自然規律對于它來說不起作用。

黑洞是如何吞噬恒星的?那些被黑洞吞噬的物質最終又去了哪裡呢?

圖注:《星際穿越》中的黑洞效果

當然,光也無法逃脫黑洞的引力,是以要“拍”一張它的照片并不容易,證明它的存在也不容易。

那麼,在黑洞這樣強大的引力作用下,那些不小心被黑洞“吸進去”的物體會怎麼樣呢?被吸入的物質最終又會去到哪裡呢?

黑洞是如何吞噬恒星的?那些被黑洞吞噬的物質最終又去了哪裡呢?

正在被黑洞吞噬的恒星,源:Mark A. Ga

黑洞吞噬其它天體非常罕見

事實上,除了恒星被黑洞吞噬外,我們基本無法觀測到其它東西被吞噬,而且恒星的吞噬事件是非常罕見,以及非常不容易發生的。

以現有的觀測資料,科學家們統計出,在銀河系内,每10萬年可能都不超過一次恒星被黑洞吞噬的事件。

很多人可能想不明白,黑洞的引力那麼大,為什麼吞一顆恒星那麼困難呢?

黑洞是如何吞噬恒星的?那些被黑洞吞噬的物質最終又去了哪裡呢?

其實原因很簡單,黑洞對外界的引力也符合自然規律,我們可以把它想象成一個引力更大的恒星,而在它周圍的恒星是就像我們地球圍繞太陽一樣,圍繞着黑洞旋轉,而不是直接被吸進去。

大多時候,圍繞黑洞運動的天體也和地球一樣,會在自己的軌道上穩定運作,但有時候會受到一些其它的幹擾,比如,兩顆大品質的天體近距離相遇的時候,它們的引力就會擾亂彼此的軌道。

黑洞是如何吞噬恒星的?那些被黑洞吞噬的物質最終又去了哪裡呢?

被黑洞吞噬的恒星,源:NASA/JPL-Calte

當這種幹擾發生的時候,它有三種情況,要麼稍微偏離一點原有軌道後繼續穩定運動,要麼直接被抛射出去,要麼就是被推向黑洞。

這就有點像地球在太陽系内穩定運動,然後時常也會受到一些小行星撞擊一樣。

恒星被黑洞吞噬

當一顆“倒黴的”恒星注定墜入黑洞時,它其實和一顆品質較小的天體墜入一顆更大品質的天體的情況是一樣,隻是恒星“墜毀”會更加耀眼許多。

黑洞是如何吞噬恒星的?那些被黑洞吞噬的物質最終又去了哪裡呢?

圖源:J. Guillochon

開始時,恒星會受到潮汐力的影響,黑洞對恒星近側的引力要比遠側更強一些,當達到一定距離時,從一側到另一側的力差就會大于恒星自身的引力,這個距離被稱為潮汐半徑。

當這種情況發生時,恒星會像開始意大利面條一樣沿着其運動方向被拉伸,開始是變成橢球形,然後是一個長條。

這個時候,在恒星内部也非常有趣,由于黑洞引力的影響,恒星本身的重力不足以維持自己的密度和壓力,是以它内部的核聚變反應會逐漸停止。

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恒星最後一部分被吸入,一部分被抛出

接下去,恒星會完全解體,不過恒星解體之後的物質配置設定,或者有多少恒星物質進入黑洞,存在許多争議,但是可以肯定的是,并不是整個恒星都被黑洞吸入了。

其中一部分物質(可能隻有10%)會進入黑洞并給黑洞增加品質和能量,但是有90%的物質會被重新抛射出去,這些被抛出去的部分可以促進新恒星系的形成[1]。

之是以黑洞不能把整個恒星都吞噬,其實原因很簡單,黑洞是一個引力強大但尺寸卻相對很小的天體,這和恒星的尺寸形成了鮮明的對比,是以恒星的大部分物質會被加速并抛射出去。

黑洞是如何吞噬恒星的?那些被黑洞吞噬的物質最終又去了哪裡呢?

圖源:ESA/L. Cal ada

那些真正被黑洞吞噬的恒星部分,在滑過黑洞的事件視界(光線無法逃逸的區域)前,會發出耀眼的光芒。

這是一顆恒星完全解體前所發出的最後一次光芒,它可能是全宇宙最有活力和最明亮的事件之一。

這種恒星被黑洞解體的現象被稱為潮汐撕裂事件,它所爆發的耀斑類似于超新星,不過超新星的爆發頻率要高許多,天文學家可以通過分析光譜的方式來确定兩種事件。

雖然,一顆恒星可能需要數百萬年才能形成,而且可以發光數十億年,但潮汐撕裂事件隻需要幾個小時時間,一顆恒星完全解體。

黑洞是如何吞噬恒星的?那些被黑洞吞噬的物質最終又去了哪裡呢?

圖注:射電望遠鏡已發現的大型黑洞

不過,這真的很罕見,天文學家從上世紀90年代開始一直在關注潮汐撕裂事件,到目前為止,總共隻觀察到了大約 100個,而且大多是候選。

最後

每一個星系的中心都被認為是一個超大品質的黑洞,而星系中的所有恒星都圍繞着這個黑洞運作。

黑洞是如何吞噬恒星的?那些被黑洞吞噬的物質最終又去了哪裡呢?

圖注:人馬座A*探測到X 射線耀斑

比如銀河系的中心——人馬座 A*,這個品質超過 400 萬個太陽品質的區域,半徑隻有67 億公裡左右,這是一個黑洞所在的區域,它周圍的恒星圍繞着它快速運動。

當一顆恒星被它吞噬時,除了被它真正吸收的部分外,其實還有很大一部分是直接被甩出銀河系的,當然也有一部分留在了銀河系内,這三個就是一顆被黑洞吞噬的恒星最終去處。

黑洞是宇宙中最極端的天體,同時也非常有趣,許多科學家試圖破解其中的奧秘,但是一個似乎非常簡單的問題,到底是先有黑洞後有星系,還是先有星系後有黑洞的,這至今還是個謎!

參考資料:

Ethan Siegel.No, Black Holes Don't Suck Everything Into Them.forbes.2019.6.19

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