03.05 按理來說,星系中間應該是一個大黑洞,但為什麼還會發光呢?

時間史


黑洞是一種特殊的宇宙天體,宇宙中大部分星系,包括我們居住的銀河系的中心都隱藏著一個超大質量黑洞。這些黑洞質量大小不一,大約99萬~400億個太陽質量。天文學家們通過探測黑洞周圍吸積盤發出的強烈輻射和熱量推斷這些黑洞的存在。



物質在受到強烈黑洞引力下落時,會在其周圍形成吸積盤盤旋下降,在這一過程中勢能迅速釋放,將物質加熱到極高的溫度,從而發出強烈輻射。也就是說,黑洞之黑並非是黑白之黑,它指的是超大的質量,超大的吸引力,更有超級的亮度,超強的光度等。


由於黑洞是中心的一個密度無限大、時空曲率無限高、體積無限小,熱量無限大的奇點和周圍一部分空空如也的天區,這個天區範圍之內不可見。依據愛因斯坦的相對論,當一顆垂死恆星崩潰,它將聚集成一點,這裡將成為黑洞,吞噬鄰近宇宙區域的所有光線和任何物質。然而,一項新的理論指出黑洞的死亡方式可能是以轉變為白洞的方式進行的。理論上來說,白洞在行為上恰好是黑洞的反面——黑洞不斷吞噬物質,而白洞則不斷向外噴射物質;需要指出的是,這裡的白洞之白也非黑白之白。


有趣的是,有些恆星不僅是朝著地球發出的光能直接到達地球,它朝其它方向發射的光也可能被附近的黑洞的強引力折射而能到達地球。這樣我們不僅能看見這顆恆星的“臉”,還同時看到它的“側面”、甚至“後背”,這是宇宙中的“引力透鏡”效應。


亞馬孫蝴蝶


並不是每一個星系的中間都有一個黑洞,一個星系也可能有很多黑洞。在宇宙漫長的歷史中,很多大質量的恆星肯定已經燃盡了它們的核燃料並且坍縮了,所以黑洞的數目很巨大。我們的銀河系中間是有一個大質量黑洞的,質量大約是太陽的10萬倍。

黑洞本身是看不見,更加不發光的。我們看見發光的是類星體。一個類星體是一個被熱氣體盤(也叫吸積盤)環繞著的巨大黑洞。而熱氣體同時也被磁場所纏繞。

當纏繞在吸積盤上時,磁場就變成了將引力能想光和熱轉換的催化劑。磁場提供摩擦力,減緩了氣體的圓周運動速度,降低了氣體的離心力,使得氣體向內運動,流向黑洞。黑洞的引力會加快它的軌道速度,增幅超過之前被摩擦力降低的。引力能轉化為動能。磁場提供的摩擦力進一步將新增動能轉化為光和熱。這個過程不斷循環。

因此觀測到的黑洞的光環來自吸積盤上被加熱的氣體。磁場把氣體中的電子加速到了極高能量,這些電子沿著磁力線做迴旋運動,發出可以被人觀測到的類星體的射電輻射。

這樣的噴流是磁化了的熱氣體流,有時候比最亮的星系還要亮100倍。


最愛科學


根據天文學家觀測,17%的星系中心都有一個黑洞,而且這個黑洞會發出比所有恆星都要亮幾十萬,幾百萬倍的光。但這些光並不是黑洞發光,而是黑洞視界之外發的光,並且黑洞周圍也是恆星密集區,所以特別明亮。


黑洞的光

科學家也是憑藉黑洞的視界範圍(吸積盤)發出來的光才觀測到它的存在。黑洞的吸積盤會發光是因為黑洞的強引力分裂為比粒子還小的物質,它們在分解過程中,同時隨著吸積盤高速運轉,物質之間相互碰撞和摩擦,於是釋放出來巨大的能量。在黑洞的視界範圍之外光線可以逃逸出去,如果到了視界範圍之內,肉眼就看不到了。黑洞吸收的物質越多,吸積盤就會越明亮,而黑洞周圍一般都有很豐富的物質。


銀河系中心的半人馬座A*就有一個直徑2000公里的超級大黑洞,這個巨型黑洞不斷向太空噴發光粒子,並以光速旋轉。

這大概也是人類自身的侷限性,眼睛只能感受到可見光,沒有了光,肉眼只看到一片漆黑。


弄潮科學


事實上,目前還無法確定黑洞會不會發光

黑洞在宇宙中算是比較特殊的天體,那裡面似乎存在著一切可能,整個銀河系的天體都是圍繞著中心那個大黑洞在轉。而且它無所不吞,甚至宇宙到了後期只剩下一個黑洞,多麼神奇。

目前科學家是根據引力透鏡效果和γ射線探測器來判斷那裡是否出現黑洞,因為光線經過那裡時會被強大的引力“掰彎”了,然後會留下光弧。除了旁邊有一個若影若現的光圈外,它中心部分是很黑的,讓人覺得裡面深不可測,這是普通黑洞的現象。

那麼我們為什麼會看到黑洞很“亮”呢?這些亮的地方實際上都是在吸積盤範圍上,由那些被撕碎的天體散發出的,其中包括爆炸,摩擦生熱之類產生的。而在黑洞的核心是“類星體”,也就是視界內部,那裡不就是黑的嗎?


不過日本的天文學家Takuma Izumi經過實際觀察和模擬結果,得知黑洞中的類星體或是高動態氣體成分的複雜集合,然後推測黑洞或許會類似“噴泉”一樣會噴出氣體。

最後又回到為什麼說不能完全確定黑洞不會發光呢?這就要提到“霍金輻射”,沒錯,就是霍金提出的,他認為黑洞裡面的能量騷動很厲害,為了遵守前輩提出的能量守恆定律,認為有些光子會想辦法從黑洞附近逃出去。這麼說黑洞還是會發光的,只不過這個理論目前還沒有被證實,因為沒人探測到過。

所以,黑洞還是挺黑的,亮的部分是周邊的天體被摩擦導致的。


知愈之行


答:相對於整個星系來說,星系中央黑洞是很小的;我們看到的星核,由大量恆星和星團組成,這些天體的分佈非常密集,所以星系中心看起來很亮。


在大星系的中心,幾乎都存在超大質量黑洞,黑洞本身是不發光的,但是黑洞的史瓦西半徑,相對於整個星系來說微不足道;就拿我們銀河系中央黑洞來說,400萬倍太陽質量,對應的史瓦西半徑大約為1000萬公里。

而銀河系直徑差不多20萬光年,是黑洞直徑的1000億倍,於是我們平常看到的銀河系圖片,如果把中央黑洞畫上去的話,還沒有一個氫原子大。


實際上,在星系中心附近,往往恆星密度較高,於是在遠處看來,星系中心就比其他地方亮很多,這些光並不是黑洞發出來的,而是大量的恆星和星雲發出來的。

就算在黑洞附近,也會因為黑洞的巨大引力,產生直徑達數光年的吸積盤,吸積盤內的物質在黑洞引力下高速旋轉,產生高能量的X射線等等,這也是人類發現黑洞的重要標誌。


比如人類發現的第一個黑洞,就是科學家現發射未知的X射線源,然後經過尋找,才發現了距離地球6000光年外的“天鵝座X-1”,一旦有物質落入黑洞,就會產生強烈的X射線暴。


好啦!我的內容就到這裡,喜歡我們文章的讀者朋友,記得點擊關注我們——艾伯史密斯!


艾伯史密斯


不知道題主問題中的“它”指的是銀河系還是黑洞,我們就分成兩個問題分別來探討一下。

一、銀河系是明亮的

對於黑洞來說,它有一個視界。在視界之外,黑洞跟其他天體沒有什麼不同,都是依靠引力作用跟周圍的物質和天體發生相互作用。所以我們看到,銀河系中的恆星在圍繞著銀心黑洞在旋轉,這跟我們地球圍繞太陽旋轉的道理是一樣的。這些恆星都有自己的運行軌道,而不會掉入到黑洞當中。

只有那些距離黑洞很近,並且運動速度較低的天體,才會被黑洞吞噬,變成黑洞的一部分。所以說,一般黑洞周圍會有很大一部分都不會有物質的存在,黑洞會一直吞噬它們,直到自己周圍再也沒有物質能夠被它吞噬為止,黑洞就不再變大,停止了生長,穩定下來。

所以,我們能看到的銀河系是明亮的,因為恆星運轉在以黑洞為中學的軌道上,並沒有被黑洞全數吞噬。

二、黑洞不黑

黑洞的黑在於其視界內部,黑洞內部的光無法逃出視界,所以我們很容易認為,黑洞既然不會有光逃出來,那麼黑洞自然就應該是黑的。

其實不然。單就黑洞本身來說,黑洞並不是黑的,黑洞也存在著輻射。黑洞的類型包括自發輻射和霍金輻射,這是黑洞不黑的第一個原因。

第二個原因是,黑洞外面會有發光的等離子吸積盤。黑洞其實有很多類型:史瓦西黑洞(不帶電、不旋轉)、克爾黑洞(旋轉黑洞)、紐曼黑洞(帶電荷黑洞)、科爾紐曼黑洞(旋轉帶電荷黑洞)。

史瓦西黑洞的光來自黑洞輻射。但是這種黑洞其實我們很難探測得到,因為自發輻射和霍金輻射都比較微弱。

科爾紐曼黑洞外面都會包裹著厚厚的吸積盤。這種黑洞瘋狂地旋轉,吸積盤的物質發著熾烈的光。2019年4月11日發佈的人類首張黑洞照片就是此類。

總結

從我們前面的分析可以看出,不論是銀河系還是黑洞,其實都是明亮的,我們沒有必要因為黑洞而害怕。

歡迎關注老郭,共同學習、共同探討科學相關的問題。歡迎點贊、評論、轉發、吐槽和拍磚。


郭哥聊科學


銀河系中心確實是個超大質量黑洞,具有400萬倍太陽質量。黑洞也的確是看不見的,因為這種天體的表面逃逸速度高於光速,連光都無法逃脫,我們當然是看不到了。

但我們能夠看到的是其外圍結構,黑洞周圍有個分界線,在這個分界線之內,就是不可逃逸區,我們看不到,但在這個分界線之外,光是可以逃逸的。

這個界線就做事件視界,位於視界之外的行為,我們可以看到,比如吸積盤上的物質被加速、摩擦,輻射出光子。

我們看到的黑洞之所以明亮,也正是這個原因,黑洞周圍的物質聚集在此,圍繞著黑洞加速到光速,這裡溫度可高達數十億度以上,遠遠超出恆星的溫度。

所以我們看起來黑洞也很明亮,其實這只是一個外圍結構。黑洞視界的裡面,當然是看不到的,也不可能看到。


太空伊卡洛斯


一般我們看到的星系圖片裡,發光的中心都不是黑洞,而是星系的中心核球——一個恆星密度相當大的核心區域。



其實它是無數發光恆星組成的,並不是單個天體。由於引力作用,在星系或恆星系演化過程中,都是中心物質密度更大,外圍物質密度較小,這就導致大量恆星在星系中心附近形成,形成一個數千光年直徑的星系核球,而漩渦星系的懸臂就是從星系核球輻射出來的。

另一方面,由於星系中心天體聚集,偶爾就會有天體被中心黑洞的引力吸引而落入黑洞,而落入過程中往往都會圍繞黑洞旋轉而被黑洞潮汐力所撕裂形成吸積盤,此時會往往產生包括可見光在內的輻射,被撕裂的物質在慢慢落入黑洞的過程中還會產生更高能量的X射線輻射。銀河系中心黑洞最早就是作為一個X射電源被發現的。


星宇飄零2099


星系中央的超大黑洞本身是不發光的 黑洞的event horizon事件界限內一團漆黑,光根本逃逸不出來。但是在世間界限之外的光是可以被我們觀測到的。由於黑洞引力強大 所以黑洞周圍有很多的恆星 這些恆星的光非常明亮,所以你就感覺星系中央非常明亮

以上說的是黑洞的普通狀態,黑洞還有另一種狀態是處於“進食”狀態。顧名思義就是黑洞正在吞噬臨近星體物質的時候的狀態。我們把這種處於進食狀態的黑洞稱為“類星體 Quasar”。因為實在是太明亮了,比普通恆星要亮很多。類星體發光的主要原因是因為當黑洞在吞噬周圍星體物質的時候由於大量物質的湧入,會產生一定的溢出效應。來不及吞入的物質氣體雲被黑洞的兩極以極高的速度(大概是光速的1/4)噴射到深空,這種jet噴流會綿延幾光年的長度 並且由於炙熱的氣體物質摩擦而變得異常明亮。



星靈號


其實,按理來說,星系中間也不應該是一個大黑洞,所謂黑洞應該 不發光才能稱為洞。

為什麼天文科學家又稱其為黑洞,就是天文望遠鏡在觀察遙遠又遼闊的宇宙星系時,其高速旋轉濃縮而成的旋渦而已;既然不能名副其實的稱為洞,那麼多的大大小小的太陽,被天文望遠鏡凝聚在一起,發光那是很正常的現象了。

我是這樣想的。



分享到:


相關文章: