为什么宇宙中有这么多黑洞

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20世纪30年代,研究宇宙线的天文学家见证了一个“奇迹”发生的时刻。他们发现了一种新的粒子——μ介子,它像电子一样带一个负电荷,但质量却介于电子和质子之间。这一发现是如此令人吃惊,而这种粒子又是如此的意料之外,使得诺贝尔奖得主伊西多 艾萨克 拉比(Isidor Isaac Rabi)不禁调侃道:“这是谁点的?”

对于今天的很多人来说,能引起同样反应的事物已不再是介子,而是黑洞。天文学家已经知道质量最大的恒星会以超新星爆炸的方式死去,留下一个质量约3~ 20个太阳质量不等的黑洞。他们还相信,在绝大多数星系的中心存 在着质量为太阳的100万~ 100亿倍的超大质量黑洞。

这又是谁点的呢?为什么天文学家会认为这些质量如此之大、体积又如此之小的天体无处不在?难道是天文学家们钟爱这些连光也无法逃逸的极端天体?

回答并非如此。其实,许多天体会非常自然地演变成黑洞。尽管令人生畏,但主宰这些演化过程的规律却十分普通。

由引力束缚在一起的所有天体,其演变的过程都是相似的。这些自引力系统包括恒星、星团和星系,但并不包含小行星或人体这样的固态物体,它们 □编译 /谢懿 是由静电力结合在一起的。

自引力系统会朝着它们所能达到的最紧密的引力束缚态演化。为了实现这一点,它们会形成一个体积较小且质量较大的核心,但代价是在外面会形成一个较为弥散的晕。不同的天体系统之间在细节上会存在差异。但共同的结果始终是有一部分的质量会在中心处形成一个小而致密的天体。行星、白矮星和中子星正是这些终端产物,它们一般不会再进一步演化。然而,如果质量足够大,没有什么能阻止白矮星或中子星进一步收缩,引力最终会胜出。这正是为什么黑洞能在各种不同的情况下形成的原因。

草帽星系位于室女座,是一个几乎侧向对着地球的普通旋涡星系。它包含了一个核球和一个盘。天文学家认为其核球的形成方式与椭圆星系的如出一辙,是通过两个星系间的碰撞与并合而形成的。版权:N A S A /E S A /T H E H U B B LE H E R IT A G E T E A M (S T S cI/A U R A )。

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