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黑洞的附近具有強大的引力,可以將周圍的物體吞噬。人類曾經探測到黑洞吞噬恆星,也曾根據雙黑洞合併首次發行引力波,甚至兩個中子星合併釋放引力波並伴隨伽馬射線暴這樣的天文盛宴也曾經歷過。只是黑洞吞噬中子星的事件尚未被人類發現,科學家們也一直期待著能夠觀測到黑洞吞噬中子星事件。
黑洞吞噬恆星的時候往往是先借助潮汐力將恆星上的物質一點點的撕扯下來,被撕扯下的物質一邊旋繞黑洞轉動一邊墜入黑洞,在黑洞附近形成一個壯觀的吸積盤,另外還有一些物質從噴流中噴出。恆星最終被吞噬往往需要十數年甚至更長的時間。
黑洞吞噬黑洞時可以釋放強烈的引力波,兩顆中子星合併會釋放功率強大的引力波和電磁波,照這樣看黑洞吞噬中子星時也應該有強烈的引力波和電磁波向外釋放,並且也有可能產生大量的黃金等重元素。遺憾的是人類目前還沒有觀測到黑洞吞噬中子星釋放引力波事件,黑洞怎麼吞噬中子星目前還停留在理論界面上。
中子星是緻密的天體,其密度僅次於黑洞,這決定了黑洞並不容易像撕碎恆星那樣撕碎中子星。有科學家根據理論分析認為,黑洞吞噬中子星時,中子星並不會立即被摧毀,黑洞可能會闖入中子星的內部,會在中子星的內部慢慢吞噬中子星。
在吞噬的過程中,中子星會逐漸的塌縮,本身就在高速旋轉的中子星半徑變小後會旋轉得更快,若是超過了表面的逃逸速度就會被甩到太空中。
當然這只是一種理論分析的結果,真實情況到底如何還需要天文學家們用多種手段去發現、分析宇宙中的黑洞吞噬中子星現象。
刁博
首先,黑洞無論吞噬什麼物質,無論大小,都不可能是一口吞掉,黑洞吸收物質的話只能一點點吸收,前一段時間拍到的距離地球5500萬光年之外的黑洞,其質量為太陽質量的65億倍,但是你能夠想到嗎?質量這麼大的黑洞,吞噬一個太陽,也需要10年的時間。
我們知道黑洞會在所吞噬物質的外圍形成一個吸積盤,例如黑洞在吞噬紅巨星的時候就會形成吸積盤,但是如果是中子星的話,由於中子星本身引力場就足夠強大,並且中子星半徑也小,所以中子星必須得距離黑洞足夠近的時候才有可能被黑洞吞噬掉。只是一旦被黑洞盯上了,中子星就不可能有反手之力了,因為無論它的引力場如何強大,它在黑洞面前都只能是小弟。
我們知道黑洞和中子星都是宇宙間的極端天體,中子星是恆星演化的末期,由於恆星的質量太大,導致其在自身的引力作用下就會發生塌縮,直到構成自身的原子物質原子核被壓碎,電子被壓入原子核,進而原子核內的質子電子結合形成了中子,可以說,中子星就是一個全部由中子構成的變態天體,但是跟黑洞比起來,中子星還算不了什麼,因為中子星好歹還有中子存在,黑洞就更變態了,引力塌縮作用更加明顯,最後連中子都不存在了,只剩下構成物質的最基本的粒子,而黑洞本身也塌縮成一個無限小的點,稱為奇點。
由此看來,黑洞是中子星的升級版,典型的中子星的質量在太陽質量的1.5倍左右,而這麼大質量的中子星,其半徑也不過只有10千米左右,由此可見的是中子星上物質密度大得可怕,典型的中子星物質密度可以達到水密度的100萬億倍!在其表面,引力場也是足夠強大,逃逸速度竟然達到光速的二分之一。不過前面已經說過了,黑洞是中子星的升級版,黑洞有一個臨界視界,一旦進入這個範圍內的物質,無論是什麼,哪怕是光線,都不可能逃逸。
一般認為,形成中子星的恆星,其質量下限為1.44倍太陽質量,但是中子星畢竟是中子星,跟黑洞比起來還是有差距的。在黑洞的強大引力下,中子星表面的物質會一點一點被抽離,不過這個速度是很緩慢的,這個速度跟黑洞的質量,中子星的質量,以及黑洞和中子星的距離的遠近都有關係。而一般認為形成中子星的恆星,質量最多為3倍太陽質量,而黑洞的質量下限,也在3倍太陽質量附近,所以這樣一來的話,黑洞吞噬中子星,時間至少也需要幾百年,如果距離遠點的話,可能需要上億年的時間才能吸收完全。不過中子星並不會乖乖束手就擒,因為在被黑洞拉扯的過程中,中子星會釋放出巨大的輻射能量,爆發出強烈的伽馬射線暴。
鏡像科普
黑洞吞噬任何一個星體,都不是一口吃掉,因為這些星體的質量是很大很大的,需要慢慢消化。
中子星是目前除黑洞外最極端的星球。有理論認為在宇宙中可能存在比中子星更緻密的夸克星,但現在並沒有找到。
中子星卻是很普遍存在的,現在發現了幾千顆,所謂脈衝星就是中子星的一種,其發出的強大輻射脈衝掃過地球,被人類捕捉,就是脈衝星。
引力的大小主要取決於質量極其密度,一個天體半徑越靠近自己的史瓦西半徑,引力表現得就越極端。
中子星已經很小了,一個大於太陽質量1.5倍的中子星只有10公里左右的半徑,因此其表面重力極大,逃逸速度達到一半光速,也就是15萬公里/秒左右。
但中子星相對黑洞來說,還是小巫見大巫的。作為形成黑洞之前的天體物質已經坍縮到了自己的史瓦西半徑以內了,因此引力變得十分強大,在其史瓦西半徑裡引力已經變得無限大,連光速也無法逃脫,也就是說逃逸速度超過了光速。
根據錢德拉塞卡極限理論,形成中子星的最小質量在太陽的1.44倍,如果一個太陽質量2倍的中子星,史瓦西半徑有多大呢?也就是不到6000米。如果這個半徑10公里左右的中子星坍縮到6公里以下,就會變成一個黑洞。這樣它的引力就可以和黑洞抗衡了。
所以中子星雖然引力也很大,但遇到黑洞也毫無辦法,只有乖乖的被黑洞牽著鼻子走。
比較通俗的說法就是,在黑洞強大的引力作用下,中子星表面物質被慢慢剝離,被黑洞一點點的吸到肚子裡,化為烏有。
但這個過程是相當漫長的,可能慢得你都不耐煩了。
這要看這個黑洞質量大小,目前發現宇宙中最小的黑洞約3個太陽質量,像這種黑洞要吞噬一顆太陽這樣的恆星,是要細嚼慢嚥的,吸食時間至少需要幾百年,如果相隔較遠的話就更慢了,有可能要超過億年。
中子星由於受到“奧本海默極限”限制,是不可能達到3個太陽質量的。
目前有科學研究認為,中子星的質量極限在2.16個太陽質量,超過這個質量,中子星的中子簡併壓就無法抵抗巨大的重力而坍縮成一個黑洞。
因此中子星在黑洞面前只能註定做龜孫子,碰到一起,只能受到黑洞的欺凌。遇到黑洞只能像恆星一樣被吞噬,根據相隔距離遠近和黑洞質量大小,被消滅的時間有長有短,肯定不是一口吃掉,是慢慢撕碎細嚼慢嚥。
目前發現宇宙中最大的黑洞是TON 618類星體黑洞,質量相當太陽的660億倍,像這樣的黑洞一年也只能夠吞噬5、6顆太陽質量。
但中子星也會反抗,它的反抗比恆星劇烈,在拉扯過程中會放射出巨大的輻射能量,有時還會相撞,爆發出天下無敵的伽馬射線暴。
科學家們對地球第一次生物大滅絕的奧陶紀研究認為,引起這場震盪了40萬年巨大災難的,就是距離我們6000光年以上的一顆中子星與黑洞玩二人轉導致的,它們玩的不高興了就撞了一架,產生了數束伽馬射線暴,其中一束不偏不倚的擊中了倒黴的地球,於是,城門失火殃及池魚的禍事就發生了。
這大概就是中子星最厲害的反抗吧,反抗的結果是轉嫁危機,也不是個好鳥。
就這樣簡單說一下,歡迎討論。
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時空通訊
當然是一口吞下了!
其實科學家們已經觀察到疑似黑洞吞噬中子星的現象了,這就是今年8月14日美國 LIGO引力波干涉儀和歐洲處女座干涉儀探測到的S190814bv引力波事件。
自2015年9月14日首次探測到引力波事件以來,這三個僅有的干涉儀已探測到數十次引力波事件,涉及到黑洞-黑洞、黑洞-中子星、中子星-中子星的合併。這些暴力合併事件的主角是黑洞或中子星等緻密天體組成的雙星系統,在漫長的宇宙時間裡不斷旋轉,郎情妾意,情意綿綿,互相靠攏,情投意合,最後擁抱在一起合為一體,損失巨大的能量以引力波的形式釋放出來。
這些天體的合併和黑洞吞吃恆星完全就是兩回事。恆星一般離黑洞很遠就被撕碎了,在黑洞周圍形成旋轉的吸積盤,黑洞邊吃邊吐,鋪張浪費,效率很低,往往吐的比吃的還多,還會發出明亮的伽馬射線,所以容易被我們的望遠鏡看見。
而黑洞-黑洞、黑洞-中子星、中子星-中子星之間的“愛情”則要簡單粗暴得多。由於它們都是緻密天體,即使靠得很近也不容易被撕裂,黑洞與黑洞之間甚至連撕裂都不可能,所以往往靠得非常近了,都還在互繞旋轉,難捨難分,到最後一刻才幹柴烈火,啪啪一聲,然後就高潮結束了。
在科學家們發現的第一個引力波事件GW150914中,一個36倍太陽質量的黑洞,和一個29倍太陽質量的黑洞,在可探測信號持續的0.2秒內,黑洞間相對切向速度由光速的30%猛增至60%,它們的軌道運動頻率為75Hz,約為引力波頻率的一半。科學家們由此計算出,在這兩個黑洞併合之前,它們的距離僅為350km,完全就是裸裎相見了。由此可見,黑洞是在距離越來越近之後瞬間合併的,然後以引力波的形式釋放出3個太陽質量的能量,峰值功率達3.6×10^49W,是整個可觀測宇宙中所有恆星輻射光源功率總和的50倍!
而在黑洞-中子星的合併中,則要看黑洞與中子星的質量大小了。如果黑洞比中子星質量大得多,那麼中子星將在黑洞的視界內被撕碎,沒有物質和光能逃得出來,從而也不會被我們探測到,也就是說,黑洞先一口吞掉中子星,然而在嘴巴里嚼吧幾下,就直接吞下肚去了;但如果黑洞和中子星質量相差不大的話,中子星就會被撕碎,拋射出一些碎片,從而可以被我們發現,但這個過程也很短,不會是一種細嚼慢嚥的優雅品嚐,而是三兩下就解決戰鬥。
如果是中子星和中子星的合併,那麼會發出短暫的伽瑪射線爆,然後是較長時間的光學餘暉,拋射出大量的重元素,最終形成一個黑洞,並且將合成的大部分重元素吞噬。2017年8月17日探測到的GW 170817引力波事件,就是兩顆中子星合併產生的,持續時間大約是100秒。
所以這個問題的答案也就呼之欲出了,黑洞吞噬中子星,基本都是一口吃下;即使吃不下,也就在嘴邊撕碎了,三兩下就幹掉,時間不會超過中子星-中子星合併的100秒。
主要參考:
https://en.wikipedia.org/wiki/First_observation_of_gravitational_waves
https://en.wikipedia.org/wiki/GW170817
https://www.sciencealert.com/we-might-have-just-caught-a-black-hole-in-the-act-of-eating-a-neutron-star
https://www.nationalgeographic.com/science/2019/08/astronomers-probably-just-saw-black-hole-swallow-neutron-star/
徐德文科學頻道
兩強相遇“密”者勝,黑洞的牙口不太好,可能會撕碎了再吃。
人類就是愛看熱鬧,非要看看黑洞與中子星的較量。答案應該是中子星被黑洞吞噬。雖然中子星密度很大,一小勺的物質重量可能達到數億噸。而黑洞更黑,它的質量是無窮大,誰勝誰負一目瞭然。
但是黑洞吞噬中子星也不是件容易的事情,也不會像吃其它星體那樣乾淨徹底。假如黑洞與中子星相遇,它們由於巨大的引力會相互纏繞旋轉,同時發出強烈的引力波。但黑洞不可能把中子星一下吞噬,而是把中子星撕碎,一口一口吞進肚子裡。但還是會有一些中子被拋出去,重新合成重元素飄散在太空。
在人類的天文觀測中,遇到過疑似黑洞吞噬中子星的事件,NASA的雨燕空間探測器,就曾在十年前,探測到一次異常的伽馬射線暴。這次事件完全不同於中子星之間的行為,所以被懷疑是黑洞吞噬中子星事件。新華社北京5月6日新媒體專電, 英媒稱,天文學家可能首次看見了一顆中子星正在被黑洞吞噬,當時噴薄而出的引力波在宇宙中激起了漣漪。
如圖:美國科研機構一探測到疑似黑洞吞噬中子星的引力波
科學家們聲稱,通過對這次事件的分析,有可能揭示黑洞與中子星合併的細節,包括中子星是否在越過黑洞界限之前就被撕裂,或者它是否天衣無縫地滑入湮沒狀態。讓我們拭目以待。
冬哥譜科
弱肉強食,是永恆不變的真理。在質量為王宇宙中也是如此。
絕對的質量,幾乎是宇宙中強弱的唯一標準。而密度,則決定了兩個天體在交鋒時的輸贏。
當紅矮星遇到黃矮星,結果就是在萬有引力的作用下,黃矮星最終會把紅矮星“拉過去”而融合成一個更大一點的恆星。黃矮星遇到藍矮星時情況也是一樣的。
而當主序期的恆星遇到白矮星或者中子星,同樣是誰的質量大,就像誰靠攏,只是主序期的恆星存在著被對方的潮汐力慢慢撕裂的可能,以及發生超新星爆炸(la型)。
而當中子星遇到黑洞時,同樣是誰的質量大,就會朝誰靠攏。但是,誰能吃掉誰,則取決於誰的潮汐力更大。所謂潮汐力,就是指一個天體對另一個天體最近端和最遠端的引力差。《流浪地球》裡提到的“洛希極限”,指的就是一個天體所能承受的最大潮汐力,而一旦潮汐力超過這個極限,天體就會因無法承受如此巨大的潮汐力而被撕裂。
中子星雖然直徑只有十幾到幾十公里,密度也非常巨大,但它仍然有它自己的“洛希極限”。密度更大的黑洞也一樣。目前,從人類對中子星已知的研究數據可知,中子星的逃逸速度最高約為光速的一半,既15萬公里/秒。超過這個逃逸速度的,就不是中子星而是一種叫“夸克星”的另一種尚未被觀測到的天體了。而黑洞的逃逸速度則連30萬公里/秒的光都無法逃逸。黑洞之所以被稱作“黑洞”,就是因為靠近它的光被它強大的引力束縛住了,因此才有了黑洞周圍的可以觀察的“視界”。
就構成而言,黑洞理論上是一個無限無限小的奇點。是由比夸克更小的物質組成的。而中子星則是由中子組成,理論上,黑洞的組成物質比中子要小的多。因此,中子星的潮汐力沒有黑洞的潮汐力大。
由此,當中子星遇到黑洞時,無論是誰靠近誰,最終的勝利方都是黑洞。
陌上雲白
在中子星尚未進入事件視界時就會因為潮汐力被撕碎。中子星是目前已知的密度僅次於黑洞的天體,所以可以推斷黑洞吞噬任何天體都是撕碎之後一點一點吞噬。因為事件視界是我們能看到的黑洞範圍,如果中子星在進入事件視界前依然是完整的,那麼就可以認為是黑洞一口吃掉了中子星,但實際情況應該是洛希極限遠大於史瓦西半徑。
理想狀態下,當中子星靠近黑洞時,距離黑洞較近的一面與距離黑洞較遠的一面會形成很大的引力差,這個差值大於中子星自身的引力時,中子星就會分崩離析。
在天文學上,一般可以通過洛希極限來計算出一個天體自身的引力與第二個天體造成的潮汐力相等時的距離,但是黑洞的密度被認為是無限大的,且黑洞質量不盡相同,所以無法計算黑洞與中子星之間的洛希極限。
為什麼說黑洞的密度無法計算?我們知道黑洞的強引力場會產生事件視界,由於事件視界的存在,我們無法知道黑洞奇點的具體體積。奇點在數學上就是體積為0的點,密度是質量與體積的比值,所以黑洞的密度被認為是無限大的。
如果我們把事件視界認為是黑洞的體積,那麼就會發現隨著黑洞質量的增大,其密度就會非常小,事件視界的體積和黑洞質量的三次方成正比,按照事件視界來計算密度的話,一個40億倍太陽質量的黑洞,其密度就和空氣密度差不多了。
反向思維,如果黑洞的質量越小,其事件視界也越小,我們把地球壓縮成黑洞,其史瓦西半徑大約8毫米左右,如果我們事件視界近似為黑洞體積,那麼它的密度就達到了4.19*10^33kg/m³,而中子星的密度大約是2*10^18kg/m³,按照這個值來計算洛希極限:
洛希極限d=R(2*ρ黑洞/ρ中子星)^0.333,其中R等於8毫米,這個值算下來大約為1358米,也就是說,中子星與地球黑洞之間的距離小於1358米時,中子星就會粉碎,這個值明顯大於地球黑洞史瓦西半徑,所以在中子星在進入黑洞事件視界之前就被撕成一盤散沙了。
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漫步的小豆子
黑洞如果吞噬中子星,是一口吃掉還是撕碎逐漸吃掉?
大家都知道黑洞能吞噬宇宙中的一切物質,甚至連空間在它的範圍內都將處在極度扭曲的狀態,當然質量在空間中的表現本來就如此,但對於視界內部的世界,也許連天文學家都難以想象出這樣的空間狀態!但我們也知道中子星也是一個極其變態的天體,每立方厘米質量高達一億噸以上,當中子星碰到黑洞,那是個怎麼樣的吃相呢?
一、要分析這個問題,我們得先來了解下中子星和黑洞的簡單形成過程:
1、中子星的形成:
恆星內核失去輻射壓支撐時,外殼將在巨大的引力下向中心坍縮,如果這顆恆星的質量不大,比如內核在錢德拉塞卡極限以下時則坍縮成白矮星,而這個錢德拉塞卡極限則是電子簡併力支撐的極限,如果電子簡併力還能撐住,那麼坍縮成白矮星!如果超過電子簡併力,將電子壓入了原子核,與質子電荷中和則成了中子星!
2、黑洞的形成:
當以中子星的天體狀態出現時,元素就不再存在了,物質都有中子組成,與電子簡併力一樣,中子簡併力也會對抗引力進一步坍縮,而這個極限就是奧本海默極限,但如果質量繼續增長,則會壓垮中子簡併力的支撐極限,此時坍縮成黑洞就無法避免(當然有理論可能會存在夸克態的天體,我們直接忽略,因為不影響本文討論)!
二、黑洞如何吞噬中子星?
我們從上文了解到,儘管中子星密度極高,強度超過任何已知物質,但有一點需要肯定的是,它仍然有再強大也有一個被撕裂的極限,而在黑洞超強的引力面前能支撐到多久只是一個距離問題的!中子星的破裂只會更靠近黑洞的視界一些,但它卻無法逃脫被撕裂的命運,而這個過程則與普通天體無疑,會在黑洞的潮汐引力的反覆作用下逐漸破碎,成為最靠近黑洞視界的吸積盤,也許此處我們很難見到它最後掙扎所發出的可見光,因為黑洞的不可見區域高達視界直徑的2.5倍以上!
因此與其他天體比起來,中子星在黑洞面前只是堅持得更久一些而已,其他與普通天體無異,有朋友可能會想象中子星物質會出現衰變與膨脹,按理來說應該不會,因為黑洞是在超過中子簡併力的條件下撕碎中子星的,因此黑洞給它的條件是更強大的壓力,根本不給中子星喘氣的機會!
星辰大海路上的種花家
黑洞吞噬物質都是逐漸吃,慢慢吃,不會一口吞進。中子星密度及引力僅次於黑洞,如果它也萬一那一刻也進入黑洞引力圈內的吸積盤,同樣會被黑洞吸成絲線狀慢慢吞噬得一點不剩。
吞噬一切的黑洞
黑洞是美國物理學家惠勒在1917年由愛因斯坦1915年的廣義相對論中的引力場方程推導而來。他推導宇宙中存在一種物質的密集點,它有無限大引力、質量、時空曲率、溫度,而體積無限小,後來科學家就將這樣的點命名為“奇點”。在“奇點”周圍是一片空蕩蕩的天區,這片天區外部便是它吞噬物質的事件視界。天文觀測上只有通過事件視界釋放的輻射判斷黑洞的存在。
黑洞是由30倍以上太陽質量的恆星的生命末期坍縮而來,它形成那一刻起便不停吞噬周圍物質,隨著吞噬物質的增加質量逐漸增加。它巨大的質量使時空變得無限扭曲,即使光經過這個時空曲率內,也會被吸入吞噬,這就使黑洞不可見。
中子星是由質量在10倍太陽的恆星坍縮而來,內部全部被擠壓成為了中子時便沒有能量繼續坍縮了。這讓它也具有傲視群星的巨大引力,它引力僅次於黑洞。
然而,它要是遇上黑洞這個奇葩天體也只能自認倒黴了。當它遇上黑洞,聰明人都知道它的結局會必消失無疑了。而且這個吞噬的過程是漫長的,可以長達幾十年或者幾千年,如果遇到一個運動速度快的黑洞它就會“死得痛快點”,如果遇到一個慢性子的黑洞,會將這顆中子星像抽絲一樣一絲絲的抽完,而且要抽幾千年。
弄潮科學
黑洞和中子星都是極端天體,中子星是因為恆星演化末期,質量太大而導致原子被壓碎,電子壓入原子核而形成的全部由中子組成的星球。黑洞則更恐怖,中子簡併壓力都已經抵擋不住自身的壓力了,中子也被壓碎擠在了一起。所以說,黑洞是中子星的升級版,比中子星的引力還要恐怖許多。
可以說,中子星和黑洞都是天體中的王者。不過,狹路相逢勇者勝,如果中子星和黑洞遇到了一起,那麼無疑肯定是黑洞引力更勝一籌。黑洞巨大的引力會慢慢捕獲中子星,使的中子星圍繞著自己旋轉,同時還慢慢地吸食中子星的物質。就像一般的黑的進食一樣,都是先把捕獲的物質吸到其吸積盤上面,然後在一點一點品嚐自己的食物。這個過程相當漫長,因為黑洞喜歡的是“細嚼慢嚥”,而非“狼吞虎嚥”。
不過和吞噬一般天體不一樣的是,中子星被吞噬的過程會伴隨著大量核反應的產生。我們都知道,中子星靠著自身巨大的壓力,把電子壓入原子核,和質子結合後形成中子。那麼,一旦中子星上面的部分物質被黑洞撕扯向自己,就以為著這部分中子星物質失去了巨大的引力束縛,那麼這些被壓迫的中子就會立馬反演回來,中子再次變成電子和質子。所以,整個吞噬過程中子星都在不停地發生核反應,過程相當激烈和壯觀。
當然了,以上僅僅是推理而已,畢竟誰也沒見過黑洞吞噬中子星,所以我們只能夠想想而已。