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宇宙中的物质包括行星、卫星、恒星、星系、星系团和星系间物质、暗物质、暗能量等 , 其中恒星起源于星际物质 。 星际物质充满了整个宇宙空间 , 平均密度达到10-24克/立方厘米 。
当一定数量的星际物质受到引力扰动后 , 这时只要满足一定的条件(金斯质量) , 星际物质之间的引力就会成为主导推动力 , 使它们坍缩成密度更大的星云 。 当星云的密度大到一定程度时 , 它就会分裂成若干个团块 。 团块的密度比星云更大 , 因此团块还会继续坍缩和分裂 。
当团块的质量小到相当于0.08-150个太阳质量时 , 它就不会再继续分裂下去了 , 这时它内部的物质又会发生聚拢 。 当达到一定的临界点时 , 引力的压迫就会点燃团块内的热核反应 , 这时一颗恒星就诞生了 。
恒星刚诞生时只包含氢元素 , 恒星内部的氢原子核一刻不停地相互高速碰撞 , 从而引发核聚变反应 。 由于恒星的质量很大 , 核聚变反应产生的能量与恒星万有引力相抗衡 , 当二者达到一个动态平衡时 , 这颗恒星就能够维持自身的结构稳定 。
氢原子核的聚变反应会产生新的元素 , 即氦元素 。 紧接着 , 氦原子也会参与到聚变反应中来 。 氦原子的聚变反应又会产生锂元素 。 以此类推 , 按照化学元素周期表的排序 , 恒星内部的聚变反应还会依次产生铍元素、硼元素、碳元素、氮元素等 , 直至铁元素的产生 。
由于铁元素比较稳定 , 它在参与聚变反应时释放的能量小于所需的能量 , “入不敷出” , 这时聚变反应就无以为继了 , 所以只能停止 。 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万有引力相抗衡 , 那么这颗恒星就会发生坍塌 。
恒星坍缩意味着它即将走向毁灭 。 恒星的核心在自身重力的作用下迅速地收缩、塌陷 , 随后发生强烈的爆炸 。 当恒星核心中的所有物质都变成中子时 , 坍缩就会停止 , 整个恒星被压缩成一个密度极大的星体 , 包括空间和时间都会被压缩 。
不过 , 在某种情况下 , 由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去 , 就连中子间的排斥力也无法阻挡该过程 。 这时 , 中子在挤压引力的吸引下会被碾成粉末 。
最后剩下来的是一个体积接近无限小、密度接近无限大的星体(几乎为奇点) , 而当它的半径一旦收缩到一定程度(小于史瓦西半径)时 , 质量导致的时空扭曲使得即使光也无法逃出 , 这样 , “黑洞”就诞生了 。
与其他天体相比 , 黑洞显得非常特殊 , 因为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各样的猜想 。 为什么人们看不到黑洞呢?
原因在于时空扭曲 。 根据爱因斯坦的广义相对论 , 时空会在引力场的作用下发生弯曲 。 此时 , 光虽然仍会沿着任意两点间的最短距离进行传播 , 但是相对而言它已经发生了弯曲 。 在地球上 , 由于引力场的作用很小 , 此时人们观察到的时空扭曲微乎其微 , 甚至根本观察不到 。 但是在黑洞的周围 , 时空扭曲的幅度非常大 。
这样一来 , 发光星体发出的光有一部分被黑洞直接吞噬掉 , 而另一部分则会通过弯曲时空绕过黑洞而到达地球 , 被地球上的人们看到 。 所以 , 人们能够观察到黑洞背面的星空 , 但却看不到黑洞本身 。
直到2019年 , 人类首张黑洞照片才面世 , 照片上的黑洞位于室女座一个巨椭圆星系M87的中心 , 距离地球5500万光年 , 质量约为太阳的65亿倍 。
黑洞的引力非常强大 , 它能够吞噬任何靠近它的物质 , 就连光都没有办法逃离黑洞的引力 。 那么 , 黑洞是如何吞噬物质的呢?
我们以普通的星球为例 , 当一颗星球靠近黑洞时 , 黑洞的引力会将它撕成碎片 , 这些碎片一边绕黑洞旋转 , 一边向黑洞靠近 。 由于角动量守恒 , 这些碎片越靠近黑洞 , 其围绕黑洞旋转的速度就越快 。 当物质的密度越来越高时 , 大量的物质就会在黑洞周围形成一个围绕其高速旋转的盘状结构 , 被称为吸积盘 。 最终 , 所有的物质都将会被黑洞吞噬进去 。
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