黑洞

位于美国夏威夷的 Keck II望远镜拍摄的 红外图象表明，这个 并合星系中心的两个 黑洞被称为NGC 6240，外围环绕着一 圈星星和云状“恒星 育婴室”。
科学家发现除大型小型外的新中型黑洞

迄今为止天文学家发现的 黑洞只有两类。 一类是大型黑洞，它们坐 落在一个星系的中心，质 量是太阳的几百万倍甚至 几十亿倍。
黑洞的奇妙性质

黑洞的视界
天文学家把那个物质被黑
洞吸入不能返回之处叫做 黑洞的“视界”。 区域的半径叫史瓦西半径。 恒星质量塌缩到史瓦西半 径以内，时空将完全封闭 光球消失，黑洞形成。
黑洞的奇妙性质

引潮力 不是直接的引力，而是 不同位置的引力不同而 造成的引力差，类似于 地球上的潮汐的产生一 样。 引潮力的强度依赖于产 生它的天体的质量和受 力物体的位置。越近， 引潮力就越大。 黑洞周围的引潮力很大。
黑洞的年龄

1974年，霍金证明黑洞具有与其温度相对应的 热辐射，称为黑洞的发射。黑洞的质量越大， 温度越低，发射过程就越慢，反之亦然。
一吨重的黑洞----瓦解时间为10的负10次方秒
100万吨的黑洞----只能维持10年
类似太阳大的黑洞-----存活10的66次方年
科学家观测到两个正在相互吞并的黑洞

由于恒星质量很大，聚变产生的能量与恒星万有引力抗衡，以 维持恒星结构的稳定。由于聚变，氢原子内部结构最终发生改变， 破裂并组成新的元素——氦元素，接着，氦原子也参与聚变，改变 结构，生成锂元素。如此类推，按照元素周期表的顺序，会依次有 铍元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成，直至铁元素生成，该恒 星便会坍塌。这是由于铁元素相当稳定不能参与聚变，而铁元素存 在于恒星内部，导致恒星内部不具有足够的能量与质量巨大的恒星 的万有引力抗衡，从而引发恒星坍塌，最终形成黑洞。说它“黑”， 是指它就像宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉进去，就再不能逃出。 跟白矮星和中子星一样，黑洞可能也是由质量大于太阳质量好几倍 以上的恒星演化而来的。 引力强大的黑洞。 当一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料 （氢），由中心产生的能量已经不多了。这样，它再也没有足够的 力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下，核心开始 坍缩，物质将不可阻挡地向着中心点进军，直到最后形成体积接近 无限小、密度几乎无限大的星体。而当它的半径一旦收缩到一定程 度（一定小于史瓦西半径），质量导致的时空扭曲就使得即使光也 无法向外射出——“黑洞”就诞生了。
两个有趣现象

因为在他们看来，周围的人和物体和他们 的大小比例关系不变。他们浑然不知这一 切都发生一个米粒大的世界里。
接下来，让我们 一起欣赏一些黑洞图 片
中量级黑洞
黑 洞 吸 积 盘
Fra Baidu bibliotek
黑 洞 喷 发 高 能 粒 子 束
黑 洞 周 围 的 超 高 速 物 质
哈勃观察到黑洞吞噬物质的情景
表现形式
恒星的时空扭曲改变了光线的路径，使之和原先没有恒星情况下的路径不一 样。光在恒星表面附近稍微向内偏折，在日食时观察远处恒星发出的光线，可以 看到这种偏折现象。当该恒星向内坍塌时，其质量导致的时空扭曲变得很强，光 线向内偏折得也更强，从而使得光线从恒星逃逸变得更为困难。对于在远处的观 察者而言，光线变得更黯淡更红。最后，当这恒星收缩到某一临界半径（史瓦西 半径）时，其质量导致时空扭曲变得如此之强，使得光向内偏折得这么也如此之 强，以至于光线再也逃逸不出去 。这样，如果光都逃逸不出来，其他东西更不 可能逃逸，都会被拉回去。也就是说，存在一个事件的集合或时空区域，光或任 何东西都不可能从该区域逃逸而到达远处的观察者，这样的区域称作黑洞。将其 边界称作事件视界，它和刚好不能从黑洞逃逸的光线的轨迹相重合。 与别的天体相比，黑洞十分特殊。人们无法直接观察到它，科学家也只能对它 内部结构提出各种猜想。而使得黑洞把自己隐藏起来的的原因即是弯曲的时空。 根据广义相对论，时空会在引力场作用下弯曲。这时候，光虽然仍然沿任意两点 间的最短光程传播，但相对而言它已弯曲。在经过大密度的天体时，时空会弯曲， 光也就偏离了原来的方向。 在地球上，由于引力场作用很小，时空的扭曲是微乎其微的。而在黑洞周围， 时空的这种变形非常大。这样，即使是被黑洞挡着的恒星发出的光，虽然有一部 分会落入黑洞中消失，可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球。 观察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一样，这就是黑洞的隐身术。
黑洞
——主题班会 主持人：
黑洞
一、定义:广义相对论所预言的一种特殊的天 天，它的基本特征是具有一个封闭的视界，视界 就是黑洞的边界，外来的物质和辐射可以进入视 界以内，而视界内的任何物质不能跑到外面 科学家认为：当大质量的恒星完全耗尽了核能， 以灾难行的大爆发即将结束其一生时，如果残留 在核心的物质总量超过3倍以上太阳质量，那么便 没有任何力量阻止核心强大的引力，从而导致恒 星无限制的收缩，最终塌缩为黑洞。
超大质量黑洞
超大质量黑洞是所有黑洞中最大的，其质量是太阳质量的10万 倍以上。有科学家相信，很可能所有星系的中心，包括银河系在内， 都会有超大质量黑洞存在。它们的形成可能是由于高密度星团的塌 缩所至，也可能是由恒星型黑洞质量不断累积而成。 恒星型黑洞 恒星型黑洞是质量超过太阳20倍的恒星在生命末期形成的。当 一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料，在外壳的 重压之下，核心开始塌缩，直到最后形成体积小、密度大的星体， 由于其密度如此之大，靠近它的物体都被它的引力所约束，不管用 多大的速度都无法脱离，即使光也无法向外射出，由此产生新的天 体——恒星型黑洞。本次发现的黑洞就属于恒星型黑洞。

黑洞的内部是什么呢？应该说，是更强大，更深 层的空间。倘若真的会有物质被黑洞吸入，就会 被它的空间所“消化”掉，但这会减缓黑洞自身 的灭尽过程。不过这黑洞不是一个过道儿，不会 是从这边进，再从那边吐出什么来。它的方向是 从半有半无走向彻底的无，它只能是越来越走向 没有。 有一种说法是，黑洞应该属于“场”的范畴，接 近于半物质状态。
产生过程 黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程； 某一个恒星在准备灭亡，核心在自身重力的作用 下迅速地收缩，塌陷，发生强力爆炸。当核心中 所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止，被 压缩成一个密实的星体，同时也压缩了内部的空 间和时间。但在黑洞情况下，由于恒星核心的质 量大到使收缩过程无休止地进行下去，中子本身 在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末，剩下来的 是一个密度高到难以想象的物质。由于高质量而 产生的力量，使得任何靠近它的物体都会被它吸 进去。黑洞开始吞噬恒星的外壳，但黑洞并不能 吞噬如此多的物质，黑洞会释放一部分物质，射 出两道纯能量——伽马射线。 也可以简单理 解：通常恒星的最初只含氢元素，恒星内部的氢 原子时刻相互碰撞，发生聚变。
另一类是小型黑洞，它们坐落在一个恒星附近，质

量不过是太阳的几倍。
唯独没有发现质量在太阳的几十倍、几百倍和几千
倍的中型黑洞。

中型黑洞应该是在宇宙早期形成的，有 的科学家还猜测，大型黑洞是在宇宙发 展的过程中，通过中性黑洞的相互结合 而形成的，因此，研究中型黑洞对研究 宇宙的演变有很大意义。
两个有趣现象
拉普拉斯关于黑洞的猜想


拉普拉斯：地球质量 变大速度v增大超 过光速--30万公里/秒 ---那会是什么样呢？ 这样的星球就会变成 黑洞。也即是R足够 小，M足够大的星球 就是理论上的黑洞。
什么是黑洞？

黑洞是巨大的致密天体，是恒星晚期演化阶 段最终引力塌缩后的天体。


高密度的黑洞中隐匿 着巨大的引力场，它 的这种引力大到使任 何东西包括光，都不 能逃逸出去。 本身一定范围内的任 何事态不被外界看见。 “黑”
双星系统中新发现巨大黑洞
超级计算机模拟出黑洞碰撞时的情景
超大质量黑洞
■ 小知识
所谓“黑洞”，是指引力场很强的一种 天体，就连光也不能逃脱出来。尽管有关黑 洞存在的理论一直有争议，人类也无法直接 观测到黑洞。但科学家已经可以通过测量它 对周围天体的作用和影响来间接观测或推测 它的存在。黑洞根据其质量的大小可以大体 分成三类，迷你型，恒星型，超大质量型

如果喜马拉亚山处在 黑洞周围，当一群登 山运动员从山底出发， 比如说他们所处的时 间是2005年。当他们 登顶后，他们发现山 顶的时间是2000年。
两个有趣现象

另外一个有趣的现象是根据广义相对论，引力越 强，时间越慢，物体的长度也缩小。假如银河系 被一个黑洞所吸引，在被吸收的过程中，银河系 会变成一个米粒大小的东西。银河系里的一切东 西包括地球都按相同比例缩小。所以在地球上的 人看来，银河系依旧是浩瀚无边。地球上的人依 旧照常上班学习，跟他们在正常情况下一样。

等恒星的半径小到一特定值（天文学上叫 “史瓦西半径”）时，就连垂直表面发射的 光都被捕获了。到这时，恒星就变成了黑洞。 说它“黑”，是指它就像宇宙中的无底洞， 任何物质一旦掉进去，“似乎”就再不能逃 出。实际上黑洞真正是“隐形”的。 那么，黑洞是怎样形成的呢？其实，跟白矮 星和中子星一样，黑洞很可能也是由恒星演 化而来的。


根据科学家的猜想，物质将不可阻挡地 向着中心点进军，直至成为一个体积趋 于零、密度趋向无限大的“点”。

而当它的半径一旦收 缩到一定程度(史瓦 西半径)，正象我们 上面介绍的那样，巨 大的引力就使得即使 光也无法向外射出， 从而切断了恒星与外 界的一切联系—— “黑洞”诞生了。
黑洞里面是什么？
黑洞的时间特性

“黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑 窟窿”，其实不然。所谓“黑洞”，就是这样一种 天体：它的引力场是如此之强，就连光也不能逃脱 出来。 根据广义相对论，引力场将使时空弯曲。当恒星的 体积很大时，它的引力场对时空几乎没什么影响， 从恒星表面上某一点发的光可以朝任何方向沿直线 射出。而恒星的半径越小，它对周围的时空弯曲作 用就越大，朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返 回恒星表面。

北京时间5月20日消息，据国外媒体报道， 美国的科学家们近日表示，他们最近利用望 远镜成功地观测到了两个超大质量的黑洞。

更为独特的是， 这两个黑洞正在 相互吞并，预计 整个过程将耗时 1000万到1亿年 的时间。

在距离地球约3亿光年远的两个碰撞星系中， 科学家们已经在其中心处准确定位出了两个 超大质量的黑洞。


与别的天体相比，黑洞是显得太特殊了。例 如，黑洞有“隐身术”，人们无法直接观察 到它，连科学家都只能对它内部结构提出各 种猜想。



在地球上，由于引力场作用很小，这种弯曲是 微乎其微的。而在黑洞周围，空间的这种变形 非常大。 这样，即使是被黑洞挡着的恒星发出的光，虽 然有一部分会落入黑洞中消失，可另一部分光 线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球。 所以，我们可以毫不费力地观察到黑洞背面的 星空，就像黑洞不存在一样，这就是黑洞的隐 身术。
更有趣的是，有些恒星不仅是 朝着地球发出的光能直接到达地球， 它朝其它方向发射的光也可能被附 近的黑洞的强引力折射而能到达地 球。这样我们不仅能看见这颗恒星 的“脸”，还同时看到它的“侧 面”、甚至“后背”，这是宇宙中 的“引力透镜”效应。
分类特点
按物理性质划分 根据黑洞本身的物理特性质量，角动量，电荷划分， 可以将黑洞分为四类。 不旋转不带电荷的黑洞：它的时空结构于1916年由施 瓦西求出称施瓦西黑洞。 不旋转带电黑洞：称R-N黑洞。时空结构于1916至 1918年由赖斯纳（Reissner）和纳自敦（Nordstrom）求 出。 旋转不带电黑洞：称克尔黑洞。时空结构由克尔于 1963年求出。 一般黑洞：称克尔-纽曼黑洞。时空结构于1965年由 纽曼求出。 双星黑洞：与其他恒星一块形成双星的黑洞。

更有趣的是，有些恒星不仅是朝着地球发出的 光能直接到达地球，它朝其它方向发射的光也 可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球。

这样我们不 仅能看见这 颗恒星的 “脸”，还 同时看到它 的侧面、甚 至后背！

“黑洞”无疑是目前最具有挑战性、也 最让人激动的天文学说之一。许多科学 家正在为揭开它的神秘面纱而辛勤工作 着，新的理论也不断地提出。