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黑洞为什么有质量,为什么说黑洞的质量有上限

来源:整理 时间:2022-05-28 18:59:28 编辑:科技知识 手机版

在宇宙中,超大质量黑洞是已知质量最大的。为什么以质取胜,大质量恒星却打不过黑洞?所有关于黑洞质量的理论都没有黑洞质量的上限。比黑洞大的恒星也是如此。黑洞通过吞噬这些大大小小的恒星,变得越来越大。宇宙中最大的黑洞有400亿个太阳质量,靠吞噬恒星成长了几亿年。挺吓人的。

黑洞质量会有上限吗?

理论上,黑洞的质量是有上限的。但并不是因为黑洞的质量超过极限,而导致出现其他形态或崩溃,从广义相对论来看,黑洞就是一个包含所有质量的奇点和被强烈弯曲的空间所组成的天体。只要给黑洞不断提供物质,它们都会不可逆转地掉入黑洞的奇点中,由此增加了黑洞的质量和半径,在宇宙中,超大质量黑洞是已知质量最大的一类黑洞。

它们周围环绕着由气体、尘埃组成的吸积盘,这为它们不断增加质量,但如果超大质量黑洞的质量过高,就会引发吸积盘中的物质坍缩为恒星,这些恒星将会绕着黑洞旋转而不会被吞噬。没有了吸积盘的超大质量黑洞,它们将很难继续增长,除非它们与其他超大质量黑洞发生合并,据估计,超大质量黑洞的理论质量上限为太阳的数百亿。目前已经发现了数个这样接近极限的黑洞,其中最大的TON618的质量为660亿倍太阳质量,这是一个十分遥远的类星体,

黑洞是体积无限小、质量无限大的奇点,那为什么黑洞会有视界大小之分?

在所有的宇宙天体种类中,黑洞可以说是最难理解又最为神秘的天体,它的引力场强到连秒速30万公里的光都无法逃脱,任何物质只要来到它的视界边缘,必然会被吸入到它那无尽的深渊中。黑洞的视界边缘也被认为是黑洞的体积外表,也就是被黑洞物理上的表面,但是这个表面并不是有固态物质可以衡量的,而且是看不见的,它只是关于黑洞体积的一种定义,即光线无法逃逸出黑洞引力场的地方,在这个边缘的外面,物质因为有光可以发出,所以还是可见的,但是在这个边缘的内部,光等物质永远无法逃脱出来,所以一切都是不可见的,黑洞的内部是看不到的,

那么黑洞里面到底有什么呢?没有人真正知道,一般的科学理论认为黑洞中间会有一个奇点,这个起点是体积无限小密度无限大(不是质量无限大),我们所知晓的物理定律在它这里都将失效。不过黑洞就是再奇葩,它也只是宇宙中的一种天体,它也是有自身质量的,而黑洞的质量又决定了它自身体积(视界体积)的大小,有一个叫做“史瓦西半径公式”的物理公式,就是专门来计算黑洞的体积(视界体积)大小的,其公式如下:在上面的公式中,v指天体的逃逸速度,G为万有引力常数,M为天体质量,R为天体质心与被吸引物体质心的距离,物体的速度如果小于一个天体的逃逸速度,那么它就不能摆脱其引力束缚,也就会被该天体吸引,从而无法脱离轨道逃逸到星际空间,

于是从中就能得出天体的史瓦西半径,即为逃逸速度等于光速时候所得出的R的值,以黑洞来说,它的史瓦西半径等于万有引力常数乘以其质量乘以二再除以光速的平方,所计算出来的史瓦西半径,指的就是从黑洞中心向外的史瓦西半径长度的距离上,正是光线无法逃脱出黑洞引力场的位置。若用这个公式来计算不同天体变成黑洞的体积,就会发现质量越小的天体其史瓦西半径(此处也可以理解为黑洞的视界体积)越小,质量越大的天体其史瓦西半径越大,而且不成比例,比如如果将地球这样质量的物质变成黑洞的话,那么它的史瓦西半径只有0.9厘米,而如果将太阳这样质量的天体变成黑洞的话,它的史瓦西半径将达到三公里那么大,但是太阳的质量只有地球的33万倍,体积只有地球的130万倍,然而半径三公里的球体放下几十上百万个半径0.9厘米的小球是远远不止的,放下几十百亿个都不成问题,而如果将整个宇宙的物质化作一个黑洞的话,那么它的视界体积比我们的宇宙还大,因此也有人怀疑我们是不是处在一个巨型黑洞之中,

为什么黑洞的质量有上限?它不会一直吃不吐吗?

文章TAG:黑洞为什么有质量黑洞质量上限

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