#图文万粉激励计划#黑洞的爆炸——燃尽自己或引爆周围
黑洞会爆炸吗?
I图片中心的超大质量黑洞被流入黑洞的物质包围,这被称为吸积盘(accretion disk)。
(图片来源:美国国家航空航天局/喷气推进实验室加州理工学院)
黑洞是宇宙的吸尘器——无论多么巨大的物体,甚至连光都无法逃离。
大多数人想象中,认为黑洞是什么也不做,只是坐在那里吞噬宇宙中游荡的气体或尘埃。
但黑洞内部会更有趣吗?例如,会发生爆炸吗?如果“爆炸”是指“一股巨大的能量短时间内突然释放”,那么答案是非常肯定的。有趣的是,它们可以引爆自己,也可以引爆附近的环境。
霍金辐射
有一种方式可以使黑洞爆炸,这背后的过程与著名天体物理学家斯蒂芬·霍金于1976年发现的理论——黑洞并非全黑——有关。
俄亥俄州立大学物理学家萨米尔·马图尔(Samir Mathur)在一封电子邮件中告诉美国生活科学网( Live Science ):“在经典物理学中,没有什么能从黑洞中出来。但霍金发现,在量子力学理论中,黑洞通过发射低能量辐射源源不断地“泄露”能量,这些低能量辐射就是霍金辐射。”
只要黑洞不吸收新物质,它就会在发射霍金辐射时不断失去质量。然而,霍金辐射发射非常缓慢,一个质量是太阳几倍大小的普通黑洞每年大约发射一个光子。按照这个速度,普通的黑洞需要10^100年才能完全蒸发。
但霍金发现,越小的黑洞蒸发得越快。随着黑洞不断蒸发,越来越小,它发出的辐射越来越快。在黑洞生命的最后时刻,它将在短时间内释放大量辐射,以至于它像炸弹爆炸一样释放出高能辐射和粒子的洪流。
在宇宙早期形成的小型黑洞(大约地球大小),需要几十亿年才能蒸发,这意味着,如果这些原始黑洞存在的话,它们现在差不多蒸发到了生命末期,即会在宇宙中爆炸。
到目前为止,天文学家还没有发现任何原始黑洞爆炸的证据,但可能只是因为没有观测到。
超辐射
由于黑洞的自转,它们会以宇宙中独一无二的方式爆炸。旋转的黑洞也被命名为克尔黑洞,以纪念新西兰数学家罗伊·克尔(Roy Kerr),他首先发现了它们的工作原理——在它们的事件视界(event horizon)周围创造了一个能层(ergosphere)。
能层是一个细长的空间区域,在那里没有任何东西可以保持静止,任何落入克尔黑洞能层的粒子都将围绕黑洞运行。
围绕黑洞旋转的时空也可以吸引光子。如果光子数量足够多,它们可以彼此反弹,或与任何其他漂移粒子碰撞反弹。有时,反弹会导致光子逃离能层。但其他时候,反弹会导致光子向黑洞落得更深,在那里它们获得能量,再次被散射到更高的轨道上,然后回落。
随着这个过程的每一次重复,以及每一次围绕黑洞的旅行,光子都会获得能量。这一过程被称为“超辐射”。如果光子最终挣脱束缚,与最初开始旅程时相比,它将获得巨大的能量。
如果有足够多的光子参与到这个过程中,它们可以同时爆发出令人难以置信的能量,成为所谓的“黑洞炸弹”。即使黑洞本身没有爆炸,这种超辐射效应也再次表明了黑洞对周围环境的影响有多大。
吸积盘和喷射流
潮汐瓦解事件(TDE,tidal disruption event)
这张图是潮汐瓦解事件(TDE,tidal disruption event)的概念图,当一颗恒星非常不幸地从超大质量黑洞附近经过时,黑洞会发射相对论性喷射(relativistic jet ),即潮汐瓦解事件。(图片来源:Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF)
黑洞引起爆炸的最常见方式不是通过自身的毁灭,而是通过其压倒性的巨大引力。超大质量黑洞坐落于星系的中心,有时大团物质(如恒星)运行时会近距离经过。当这种情况发生时,恒星会因潮汐效应(tidal effects)而被撕裂成碎片,这种撕裂过程会释放出爆炸性的能量。地球上的天文学家可以通过观测X射线和伽马射线短暂但强烈的爆发来见证这种能量释放。
除了粉碎恒星外,这些巨大的黑洞还经常吸收在吸积盘(accretion disc)中不断围绕它们旋转的物质。吸积盘的温度达到了数万亿度,使其成为宇宙中最亮的物体——一个吸积盘的亮度可超过一百万个星系之和。
在吸积盘能量最强的时候,可以卷起电场和磁场,将黑洞周围的物质像漏斗般吸入,并以细长喷流的形式喷出,这些喷流可以达到数万光年。
虽然这些喷流严格意义上不算爆炸,但它们爆发出的能量仍然非常强烈。
BY:Paul Sutter
FY: 何乐不为_
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