大質量恆星能不能吞噬一顆小質量黑洞?

清明的星空


答:黑洞一旦形成,除了通過霍金蒸發損失質量外,黑洞強大的引力可以吞噬周圍的任何物質,包括質量比黑洞大很多的恆星。


在宇宙中,很多黑洞都是大質量恆星,通過超新星爆發演化而來,在超新星爆發中,恆星會損失大量的質量,最後形成的黑洞一般小於10倍太陽質量。

但是恆星的質量上限,高達200~300倍太陽質量,比如R136a1恆星,就高達260倍太陽質量,這也是人類目前發現質量最大的恆星,所以恆星質量比黑洞高也是很常見的。


按照萬有引力定律,點質量越高引力越強;但是恆星和黑洞,並不能看成點質量,恆星存在體積,黑洞也存在史瓦西半徑,而且黑洞強大的引力已經讓萬有引力定律失效,需要用廣義相對論來解釋。

廣義相對論描述,一切進入黑洞事件的物質,將不能通過原路返回視界外,連光也不例外;在黑洞周圍的物質,將源源不斷地被吸入黑洞當中,哪怕是一顆大質量恆星也不例外。

比如天鵝座x1,就是一顆8.7倍太陽質量的黑洞,和一顆大約30倍太陽質量的恆星組成的雙星系統,由於恆星距離黑洞太近,使得恆星物質源源不斷地流向黑洞,在黑洞周圍形成吸積盤,並釋放強烈的X射線被人類的射電望遠鏡觀察到。

天鵝座X1恆星的質量比黑洞大,之所以沒有塌縮成黑洞,是因為恆星內部進行著劇烈的核聚變反應,釋放強大的能量,這些能量可以和恆星自身的引力抗衡,使自身處於動態平衡;一旦恆星的核聚變材料消耗殆盡,那麼再也沒有任何力量能與引力抗衡,到時候這顆恆星也將演化為中子星或者黑洞。


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大質量恆星能不能吞噬一顆小質量黑洞?

大於吃小魚,小魚吃蝦米這是弱肉強食的自然規律!那麼普適到宇宙中可以嗎?比如標題中描述的黑洞,因為最小的恆星型黑洞生成時質量並不大,大約只有太陽質量的3.8倍,而宇宙中比這個質量大的恆星比比皆是!

這幅圖的描述並不準確,最大的恆星不一定是質量最大的,比如新晉的最大恆星是盾牌座的UY,直徑大約到達了土星軌道附近,但它的質量大約只有太陽的7-10倍,而質量最大的恆星是大麥哲倫星系蜘蛛星雲中的R136a1,質量達到了史無前例的256倍,其實蜘蛛星雲中的R136a2、R136a3的質量都在愛丁頓極限的上限,大約200 倍左右!當黑洞遭遇到遠超自身質量的天體時,還能做到扮豬吃老虎嗎?

上圖是恆星的一生,無非就是幾個結局,黑矮星-白矮星-中子星和黑洞,我們重點來聊下恆星的最後時刻,即在超新星爆發前的那一個內核的狀態:

1.支撐恆星不被引力坍縮的是內核聚變的輻射壓

2.愛丁頓極限是輻射壓和引力坍縮對抗的理論平衡點,一般認為是150個太陽質量的恆星

3.恆星末日即將來臨時,內核的輻射壓已經到了難以抵擋引力坍縮的臨界狀態,外殼將在巨大的壓力下向中心坍縮,由於恆星質量相當巨大,因此坍縮能非常可觀的,外殼與內核處的壓縮將會釋放出巨大的能量!

上圖就是這個能量釋放的過程:超新星爆發,假如內核質量超過奧本海默極限,那麼這個質量產生的引力坍縮能將超過中子簡併態所提供的支撐力,那麼這個核心將不可避免的坍縮成黑洞,當然有理論會認為還有夸克星,但即使有夸克星,仍然會有一個極限的質量會壓垮夸克!

黑洞是恆星內核無法對抗引力的結果,因此當恆星遇到它的終極升級版對手時,是沒有任何招架之力的,因為黑洞在進入視界後的逃逸速度大於光速!而恆星的逃逸速度是可以計算的一個值,比如太陽逃逸速度為617.7千米/秒,請問它如何與黑洞對抗?

黑洞將通過它的洛希瓣完成對恆星物質吞噬,無論再大的恆星在黑洞面前,就是一直待宰的羔羊!甚至恆星都無法抵擋入門級對手白矮星的黑手!

這是一顆白矮星吞噬恆星到達1.44倍太陽質量的錢德拉塞卡極限時發生的Ia型超新星爆發,當然我們要說明的是吞噬了足夠多的恆星物質的白矮星並不會落得好下場,超新星爆發後白矮星將徹底被炸散,成形成行星的重要組成部分!

第谷超新星爆發示意圖,天文學家觀測到了弓形波,說明主星在這次超新星爆發中倖存下來了(有的伴星白矮星超新星爆發後將會直接摧毀主星!);

連白矮星都能吞噬恆星是因為白矮星的仍然是恆星內核坍縮而成,只不過質量不夠,仍然不足以與核外電子的電子簡併態提供的支撐力抗衡,因此坍縮到白矮星狀態即結束了!白矮星狀態是元素物質世界的最後底線,過了這一道關口之後就再無物質的區別(中子和夸克已經穿透了這一底線,這是組成所有物質的基本粒子)!

因此恆星是這個宇宙中最弱雞的終極天體,但它們為整個宇宙提供了除了氫氦鋰等除了在宇宙大爆炸中產生元素以外的所有元素,包括黃金與放射性元素,所有的一切,都來自於恆星和它們演化的天體!


星辰大海路上的種花家



黑洞是宇宙中無解的存在,這種由大質量恆星坍縮而成的極端天體可以憑藉引力撕碎併吞噬任何物質,黑洞周圍小到一個原子大到一顆恆星都無法逃脫被吞噬的命運。

所幸根據目前霍金輻射理論黑洞會由於正反虛粒子湮滅而慢慢蒸發,而且質量越小的黑洞蒸發速度越快,理論上來說就算對撞機不小心撞出了黑洞,該黑洞也會在瞬間蒸發而不會危及地球。

不過宇宙中由恆星坍縮而成的天然黑洞蒸發速度非常非常慢,根據質量的不同需要幾千億甚至上萬億年才能完全蒸發掉,而大質量恆星的引力是非常有限的,從逃逸速度對比就能明顯看出大質量恆星和黑洞的差距。

我們的太陽是一顆中等質量的恆星,逃逸速度617.7km/s,而黑洞的逃逸速度超過光速,因此不論多大質量的恆星,只要它太過於靠近黑洞那麼恆星物質就會被黑洞抽離撕碎再吞噬掉,整個過程持續時間取決於黑洞和恆星的質量大小。

引力是決定宇宙天體命運的最大因素,因此黑洞作為引力最強大的天體自然就成了宇宙中最無解的存在,除了黑洞自身的碰撞融合外任何天體都無法影響它。


宇宙探索未解之迷


恆星和黑洞是兩種性質不同的天體,從目前人類所知來看,黑洞是宇宙天體“食物鏈”中的頂端天體,還沒有什麼能夠與之相抗衡。

黑洞極端性質有三個:無限小、無限曲率、無限密度。有人認為還有一個無限就是熱度無限高,但這個有爭議,在本文中就不作贅述。這所有的無限都起源於一個無限,就是中心奇點無限小,由於有了這個無限小,就帶出了其他幾個無限。

我們想一想這個世界有什麼是無限的東西呢?幾乎沒有,根據大爆炸宇宙論,宇宙也是有限的,有限的體積和質量。因此,奇點不存在於我們的時空,是個超時空的東西,所有就有了無限。既然無限小,當然就沒有辦法測量它的密度和曲率了,哪怕只有1千克,密度也是無限的。

曲率是什麼,就是引力導致的時空彎曲,這個地方的時空無限彎曲了,就沒有任何力量能夠與之抗衡了。因為世界上所有的物質都不是無限曲率。恆星當然也不是無限曲率,再大的恆星曲率也是很有限的。

基於此,恆星就無法與黑洞抗衡。

我們現在所說的黑洞是大質量恆星死亡後的屍骸,都是由大質量恆星主序星壽命完結後,由於內部壓力差導致超新星大爆炸後,殘留的中心物質坍縮而成。這裡我們不討論有可能存在宇宙大爆炸初期生成的原初黑洞和現代所謂人造黑洞。

我們一般認為的黑洞生成是由於大質量恆星超新星爆炸後,中心殘留物質在巨大的引力下無限坍縮,當坍縮到物質自身的事件視界(史瓦西半徑)以內時,這個坍縮就無法遏制的往無限小的奇點掉落,永無止境。這樣在視界內就形成了無限的曲率,這個引力是目前理論無法描述的大,逃逸速度超過光速,一切落入視界內的物質都被吞噬得無影無蹤。

因此,事件視界是我們這個世界的一個邊界,在這個視界以外的部分,人類的理論生效,一旦進入了這個視界,一切理論無效。現在一切對黑洞視界裡的解釋都是無法證實不確定的猜想。

理論上恆星死亡生成的最小的黑洞質量應該在太陽質量的2~3倍,質量小的恆星殘骸只能生成中子星或者白矮星。


黑洞最厲害的地方就是這個視界,因為它的一切物質都躲進了這個視界裡,人們無法知曉,恆星也無法窺視和接觸,因此恆星對黑洞有什麼辦法呢?

一個在明處,一個在暗處。恆星明晃晃的那麼一大坨,而黑洞的物質在中心無限小的奇點,恆星怎麼能夠探摸得到呢?

其實所有有質量的物體都有自己的事件視界(史瓦西半徑),這個視界的半徑與物體的質量成正比,計算公式很簡單,即:Rs=2GM/C^2

其中Rs為史瓦西半徑,G是萬有引力常數,M是天體的質量,C是光速。

我們來試著分析一下,我們已知宇宙中最大的一顆恆星是r136a1,這顆恆星質量是太陽的265倍,直徑為4500萬公里,比太陽直徑大32.33倍。

根據史瓦西半徑計算公式,太陽這樣質量的天體如果全部坍縮成一個黑洞,其事件視界半徑約3公里,r136a1的事件視界半徑為795公里,咱地球如果縮成一個黑洞其史瓦西半徑只有9毫米。記住,這不是黑洞奇點的大小,而是這個奇點導致無限曲率的範圍大小。

這樣,當一個具有2個太陽質量黑洞靠近r136a1時,是其史瓦西半徑的無限曲率靠近它,這時候黑洞引力無限大的邊緣切入了r136a1,而r136a1的史瓦西半徑還在距離這顆恆星表面2240萬公里的深處呢,其引力怎麼能夠與黑洞抗衡?黑洞當然就會毫不猶豫吃掉這個龐然大物了。

這樣我們就明白了,為什麼恆星打不贏黑洞呢?因為恆星體積太大了,虛胖,而黑洞是一個縮小到無限緻密的東西,恆星的史瓦西半徑(事件視界)躲在恆星的中心。

比如r136a1的視界就躲在從它表面深入進去2249萬多公里的深處,要r136a1的所有體積都濃縮到那個地方,其引力才能與黑洞平起平坐,但這些物質都遊離於視界之外,對於黑洞來說是一盤散沙,這麼能與黑洞對抗呢?

所以,只要是恆星,就沒有辦法與黑洞抗衡,靠近黑洞,就只能成為黑洞的食物。黑洞都是這麼成長起來的,迄今為止,宇宙中已經發現質量達到太陽400~600億倍的巨無霸黑洞,每年還要吞噬幾千上萬個太陽質量壯大自己。

我們銀河系中心黑洞相當於太陽質量的400萬倍,雖然也很大,但比起宇宙巨無霸就是小巫見大巫了。

黑洞,誰也不要去惹他,再大的恆星也不例外,否則只能成為其小菜一碟。

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我們首先回答,到底是恆星會吃掉黑洞,還是黑洞會吃掉恆星呢? 答案是後者。為什麼小黑洞會吃掉大恆星呢? 這要從黑洞的起源說起。

什麼是黑洞?

黑洞是宇宙中最不可思議的物體之一。他們的質量如此集中,引力達到任何物質,包括光都無法從表面逃逸。因此黑洞根本無法看見。那怎麼知道黑洞存在呢? 這是因為黑洞引力巨大,會使得周圍的星體圍繞著轉,遠遠看過去,就像一片亮光中間有個黑色的洞。這也是黑洞的名字由來。從下面NASA拍的圖片就看的很清楚。

黑洞是怎麼形成的呢?

有很多種不同的解釋。普遍的觀點是由恆星演化而來。如果有一個質量巨大的恆星,比太陽大上300多倍,在恆星末期,氣體燃燒殆盡後,在自身引力的作用下,恆星會首先坍塌成密度很大的白矮星。如果恆星質量太大,就會在自身的引力作用下進一步坍塌成密度更大的中子星。如果恆星質量大到進一步繼續坍塌呢,就會變成黑洞。也就是說,黑洞是質量巨大的恆星演化而來。

那為什麼是黑洞吃掉恆星?

首先從引力上來看,不管質量多大的恆星,其引力肯定小於黑洞的引力。因為恆星可以被看見,就說明至少光還可以從恆星表面逃逸。所以引力沒有黑洞大。知道了這一點,就很好解釋了,因為黑洞引力大,恆星表面的物質會一點點被黑洞吸過去。質量不是絕對因素,引力才是關鍵的。

下面的第一張圖就演示了恆星被黑洞吃掉的過程。在黑洞引力作用下,恆星慢慢變大,也就是被黑洞逐漸扯開,恆星表面的物質形成噴射態,逐漸被黑洞吸收。

黑洞不斷吃掉星體會怎麼樣?

有人預測宇宙中的黑洞會不斷地吃掉其他星體,變得越來越大。不同的黑洞也會逐漸融合,最後整個宇宙就會變成一個巨大的黑洞,中心有一個奇點,正是大爆炸起始的位置。從這個角度看,宇宙的演化就是一個輪迴,始於奇點的大爆炸,也終於奇點,然後又開始下一輪演化。

正如老子云,道生於無,也歸於無。也如八卦所畫,黑為無,白為有,通過奇點聯通始和終!








終極遠境星


本貓來講講吧。

先上一張硬圖,說明一下恆星的一生以及黑洞的由來。

文字不愛看,公式看了頭疼的朋友們,這圖總能看明白了吧。黑洞就是大質量恆星的最終歸宿。

那麼大質量恆星和黑洞誰能吃掉誰?大質量恆星你可以算出質量,但是黑洞卻是個極限天體,他本身並沒有體積,那麼他的質量其實可以說是無窮大的。相信我,你現在看到的一切黑洞照片只是人們的想像圖而已。黑黑的是黑洞的視界邊緣,而不是黑洞本身。黑洞就是一個無體積的點。


這不是黑洞!這不是黑洞!

那麼結論顯而易見。再大質量的恆星,你都有質量。黑洞連光都吃掉,吃個恆星,舉手之勞吧。


貓先生內涵科普



黑洞是由大質量恆星死亡形成的天體,如果一個恆星的質量比錢德拉塞卡極限還小的話,那麼它死亡後最終會形成一個白矮星。如果一個恆星的質量要比錢德拉塞卡極限要大,那麼它在死亡的時候可以形成一個黑洞。

黑洞在宇宙中質量和密度都是非常大的,但是宇宙中的有些超大恆星的質量要超過小型黑洞的質量。那麼大質量恆星可以把黑洞吞進肚子裡嗎?

答:恆星把黑洞吞進肚子裡就好比古人吞金自殺一樣,黑洞雖然體積小,但是它的密度是非常精密的。


在黑洞的周圍有一個吸積盤,在遠處黑洞不會對恆星造成影響,但是如果兩者距離較近的話,黑洞就會像吃麵包一樣把恆星吞進肚子裡,由於黑洞的密度要比恆星厚,即使恆星的質量再大在黑洞面前也是一個巨型麵包而已。

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時間史


因為,黑洞是一種密度無限大,體積無限小的天體。是大質量恆星演化到生命末期發生超新星爆炸後留下的殘骸。因為它強大的引力,連光都不能逃脫的魔爪。而恆星就是和太陽一樣會自身發光發熱的天體,夜晚看到的星星大部分都是恆星。

當大恆星遇上小黑洞,要麼和平共處,要麼黑洞投入恆星的懷抱,起初看起來是黑洞被吃掉了,但過一段時間,你會發現恆星變得暗小,最後,恆星從裡到外被黑洞吃掉了。

因為黑洞也可以輻射出基本粒子或光子,被稱為黑洞輻射。根據廣義相對論,引力的本質是時空彎曲,因為黑洞的密度大,極大地彎曲了時空,它的逃逸速度大於光速,所以光無法逃逸,就是太靠近它也會掉入黑洞的引力陷阱中。所以你在網上看到的黑洞圖片,都不是它本身。人們把這個黑洞洞的區域叫“事件視界”。


而恆星可以直接被看到,說明了光可以逃逸,所以引力就沒有黑洞大,所以黑洞是靠密度取勝的。

另外,如果恆星遇上比他大的黑洞,那麼和平共處的幾率就很小了。


來自venus的小魂


黑洞給人的一般印象是質量大、引力大,並且是個貪婪的傢伙,可以將周圍的一切都吞噬掉,甚至連光也逃不出它的引力。人類在宇宙中發現的恆星型黑洞以及超大質量黑洞就有這樣的特點。

恆星型黑洞是大質量的恆星在生命的末期經超新星爆發後坍縮形成的產物,其質量最小也差不多是3個太陽的質量。宇宙中質量超過3個太陽質量的恆星比比皆是,根據理論分析,恆星的質量上限可以達到太陽質量的300倍。

一個大質量的恆星和一個小質量的恆星型黑洞放在一起,誰會吞噬誰呢?答案是小質量的恆星型黑洞會吞噬恆星,不論這個恆星的質量有多大。

恆星的質量雖然很大,但是密度在恆星型黑洞面前簡直不足掛齒。現在的理論認為,在黑洞的中心存在一個奇點,那裡集中了黑洞的所有質量,密度達到了無窮大。黑洞的質量是凝聚在一起的,這就決定了在黑洞的周圍有強大的引力場,強過質量分散的恆星。當恆星型黑洞和恆星比較靠近時,黑洞能夠將恆星上的物質撕扯下來,一點點的吞噬掉,吞噬的過程非常宏偉壯觀。

不過宇宙中除了超大質量黑洞和恆星型黑洞,可能還存在另外一種黑洞——迷你型黑洞。

你可能聽說過有物理學家希望在大型加速器中製造出黑洞,基本原理就是把足夠大的能量(質量)集中到一個很小的區域,區域半徑小於那部分質量的史瓦西半徑,這樣就製造出了一個黑洞。

不要以為那些物理學家瘋了,他們要製造的黑洞不會對地球有任何威脅,人類不用擔心那種黑洞會把周圍的物體吞噬。因為按照理論計算,黑洞並非是只吞不吐的貪婪傢伙,會因蒸發(霍金輻射)損失質量,最後會消失殆盡。並且質量越小的黑洞壽命會越短,假設有一個質量為1千克的黑洞,其壽命的數量級僅僅為十的負17次方秒。

人類的加速器中尚未製造出黑洞,不過宇宙射線的能量有些遠遠超過加速器,有可能早就製造出了黑洞。這些黑洞的壽命可能只有十的負幾十次方秒,人類還沒有探測到它,它就煙消玉隕了。這樣的黑洞當然不可能吞噬恆星了,倒是恆星、甚至地球可能已經吞下不知多少這樣的黑洞了。


刁博


大質量的恆星不能吞噬小質量的黑洞,反而會被黑洞吞噬。恆星的質量再大,它的引力也沒有質量再小的黑洞大,這個是毋庸置疑的。如果恆星的引力有黑洞那麼大,那它就是黑洞了。質量大而引力小,那就說明體積相對龐大了,但這個根本就不是優勢。

當大質量的恆星和小質量的黑洞接觸後,恆星的外圍物質和光等都會被黑洞吞噬掉,變成黑洞的一部分。這個時候,黑洞周圍就會出現壯觀的吸積盤,這也是人類發現黑洞的方法之一。

恆星和黑洞之間的相遇,不能用質量去考慮兩者會發現的情況,這個時候用引力大小就可以了。恆星的巨大質量也抵不住黑洞的引力,最後只是形成更大質量的黑洞而已。換個說法就是,黑洞不可能被恆星撕裂開,那麼黑洞也就不可能存在於恆星內部的,不存在恆星吞噬黑洞的情況了。



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