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科學家最新解密 揭開黑洞無休止吸收能量之謎

2006年06月23日 15:26:21 　來源：資訊時報  

“吞”：黑洞周圍形成“加速圈”，吸取周圍氣體、光線等。	“吐”：黑洞外盤旋的磁場攪動加速圈，形成480公里／秒的超強風，從而釋放出能量。

（模擬圖）

NASA科學家最新解密：電磁風幫助黑洞“消化”  

   　 時報綜合報導 一直以來科學家們都知道，宇宙黑洞是靠狂吞周圍星體的氣體、光線來不斷膨脹。但關鍵問題是這個“怪物”的胃口就算再大，這樣一直無休止地“大吃大喝”，它是怎麼辦到的？近日，美國航空航天局（NASA）的一個由科學家約翰·米勒牽頭的小組首次為這個疑問找到答案：那就是“吞”下去的，最終必然會“吐”出來。只有這樣宇宙才可能保持平衡。  

平衡依靠“水車”原理

    黑洞靠強大的引力不斷吸收周圍星體氣體。在此過程中，氣體開始脫離原本的運行方向並向黑洞偏離，由此形成“角動量”（描述物體繞軸運動的物理量，編者注），也就是說黑洞可以由此源源不斷地吸收能量。被改變方向的氣體使黑洞周圍逐漸形成一個個越來越大、被稱作“加速區”的圓環。在“加速區”裏，大量熾熱氣體繞著黑洞旋轉。

    隨著氣體越吸越多，黑洞必須分流已有的角動量，以便為持續湧進的能量提供空間。打個比方說，就像一個巨大的水車，為了保持旋轉，它必須在裝入水的同時釋放出等量的水。黑洞也是如此，它必須在吸收角動量的同時釋放出同等的能量。  

兩種方式助黑洞釋放  

    分子之間相互碰撞的巨大摩擦力是黑洞釋放角動量的方法。不過有天文物理學家懷疑這並不是唯一的釋放途徑。解答這個疑問正是引起米勒及小組成員約翰·雷蒙德、丹尼·史蒂夫斯的興趣所在。  

    他們認為，除了摩擦力外，磁場風也能幫助黑洞釋放能量。旋轉的磁場風在“加速區”中可達到每秒480公里的高速度，部分角動量因此被它“驅趕”回宇宙空間。最終，研究小組認為，分子摩擦和磁場風使吸入黑洞的能量和被釋放的能量得以平衡，將氣體吸入黑洞，並照亮整個夜空。  

    為了證明他們的理論，米勒和同事用電腦模擬了磁場風，再通過Chandra X射線望遠鏡觀測銀河系黑洞風，並比較兩者的特性。最終，Chandra發回的資料顯示，黑洞風的運行方式與電腦類比的磁場風完全相同。這個結果讓米勒等人非常興奮，不過米勒仍然冷靜地表示，證明磁場風的存在仍只是他們探索黑洞成長原因過程中邁出的第一步。（艾丹）

難倒霍金的黑洞  

    １９７５年，英國著名物理學家史蒂芬·霍金提出“黑洞悖論”，聲稱黑洞形成後，開始向外輻射能量，最終將因為品質喪失殆盡而消失。一旦黑洞消失，吸入黑洞中的資訊也就喪失了。這個理論讓霍金一炮成名。然而在２００４年７月， 霍金推翻了２９年前自己的理論。他表示，黑洞不會將進入其邊界的物體的資訊淹沒，反而會將這些資訊“撕碎”後釋放出去。

[ 本帖最后由 =Era= 于 2012-7-31 10:08 编辑 ]

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天文學家發現黑洞堪稱宇宙“節能冠軍”

2006年04月26日 08:36:50 　來源：科技日報

科學家繪製的“黑洞發動機”，表明黑洞的主要作用是為自己吸收的物質加速。

    美國天文學家利用美國宇航局的“錢德拉”X射線太空望遠鏡發現，星系中具有高密度旋轉中心並能吸入附近任何物質的黑洞，利用能量的效率極高，堪稱宇宙的“節能冠軍”。這一發現表明，黑洞在宇宙中的角色比早先認為的更複雜。

    科學家首次對太空中9個較為古老的黑洞所吸入的熱氣物質和噴射出的高速高能物質進行了測量，從而推算出了黑洞發動機的效率。這些黑洞處於比銀河系更大的星系中，距我們有5000萬至4億光年的距離。研究人員之所以沒有研究銀河系中心的黑洞，是因為銀河系不足夠大，同時其中的氣體也不足夠多。  

    研究人員用一種簡單的辦法來測算黑洞的能量效率：他們先根據“錢德拉”望遠鏡觀測的星系內層大小來計算黑洞能獲得多少物質的能量，再根據熾熱氣團中的空洞大小來計算黑洞釋放出多少能量。結果發現，黑洞釋放的能量幾乎接近於它所獲得物質含有的能量。這就意味著，假如地球上有這樣一輛高效率汽車，它就能利用1升汽油行駛4億多公里。研究小組負責人、美國斯坦福大學科學家斯蒂芬?艾倫稱，這些黑洞的效率比人類至今研製出的最有效的發動機效率還要高出25倍。  

    此外，研究人員還發現，黑洞噴發出的粒子流可以防止氣團冷卻收縮，形成新恒星。因此研究人員認為，黑洞有防止星系無限擴張的作用。

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錢德拉望遠鏡拍到宇宙最強大黑洞噴發

http://www.sina.com.cn 2005年01月07日 07:06 新浪科技

錢德拉望遠鏡拍攝到的巨大黑洞	藝術家想像中的超級黑洞大爆發

　　新浪科技訊 據外電報導，近期天文學家在美國宇航局錢德拉X光望遠鏡的幫助下，發現了迄今為止最強的一次宇宙黑洞大噴發。關於這項發現的相關情況發表在1月6日的《自然》雜誌上。

　　這次噴發是由一個超級黑洞發出的，而且強度在迅速增加。這一發現向人們展示了巨大黑洞的超大“胃口”，同時，科學家們也可以據此研究噴發對黑洞周圍的影響。   

　　從錢德拉望遠鏡拍攝到的圖片中可以看到，黑洞的強大爆發發生在MS 0735.6+7421星團。兩個巨大的空穴從位於星團中央的黑洞延展開來。黑洞的爆發已經持續了一億多年，產生的能量巨大的伽馬射線。

　　黑洞的爆發是由於重力能的釋放引起的。當大量物質被吸入黑洞時，大多數物質被吞噬，但是也有一部分在進入黑洞之前被猛烈的噴發出來。美國俄亥俄大學的布賴恩-麥克納馬拉說：“我被這一景象驚呆了，黑洞吞噬的總的物質品質相當於3億個太陽，這些被吞噬的物質品質也足以相當於一個超大型的黑洞品質。

　　天文學家目前還沒有確認這些被吞噬的大量物質究竟來自哪里。一種理論認為，黑洞所處星系的氣體冷卻之後不幸被黑洞所吞噬。黑洞釋放出的能量表明，在噴發的過程中，它迅速得以成長。但以往的研究顯示，大型黑洞通常生長很慢，只有小型黑洞才具有較快的生長速度。

　　哈佛大學史密森中心的保羅-納爾森說：“這一發現讓我們又驚奇又興奮，按道理說，如此大的黑洞應該禁食了，可它卻在狂吃不止。”

　　黑洞噴出的物質導致了星系中空穴的形成。黑洞強烈的噴發使得周圍的氣體以超音速被彈射到一百萬光年之外。這些被移置的氣體總品質相當於一萬億個太陽，比銀河系所有恒星加起來的品質還要大。

　　迅速成長的黑洞通常會從中心發出高亮度的輻射，包括X光波和閃亮的無線電波噴射。但是在MS 0735，卻沒有閃亮的中心輻射，而且無線電波噴射也不強。這個黑洞的發現是由於X光望遠鏡發現了高熱氣體的存在，隨即才探測到這個黑洞的位置。

　　天文學家們通過計算熱氣的密度、溫度、氣壓估計出生成星系中的空穴需要多大的能量，這樣就可以推算出黑洞噴射的能量大概是多少。通過計算得出結果，10%的重力能轉化為向外噴射的能量。

　　黑洞噴射產生的能量除了生成空洞之外，一些能量還要用於保持黑洞周圍的氣體處於高熱狀態，不至於冷卻，也有一部分能量或許轉化成為星團中的磁場。

[ 本帖最后由 =Era= 于 2012-7-31 10:21 编辑 ]

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雙魚座發現新黑洞 品質相當一萬個太陽

http://www.sina.com.cn 2005年03月24日 08:40 新浪科技  

“錢德拉”望遠鏡拍攝到的新級別黑洞X光圖

　　新浪科技訊 美國天文學家借助“錢德拉”X射線天文望遠鏡在雙魚座發現一個新級別黑洞。科學家們通過研究該黑洞的X射線爆發持續時間和爆發週期而大致確定了它的級別--品質相當於一萬個太陽。

　　科學家們稱，新發現的這個黑洞只能算作是一種中等級別的黑洞。
　　此前，科學家們所探測到的黑洞主要有兩種類型，一種是品質僅相當於太陽品質十倍多的類恒星黑洞，另一種則是品質為太陽數十億倍的超級黑洞。

　　本次發現的這個黑洞位於雙魚座的M74星系中，它與地球的距離約為3200萬光年。
　　科學家們解釋稱，該黑洞的X射線爆發週期約為2小時，其強度約相當於10--1000個中子星或類恒星黑洞。

　　科學家們認為，該黑洞X射線輻射的週期性變化與其周圍聚集的熱氣體盤的變化有關。
　　此前，科學家們還通過長期的研究得知，黑洞輻射的週期與其品質大小也有著密不可分的關係。
　　根據上述這二個因素，科學家們才能判定該黑洞品質約相當於10000個太陽的品質。

　　科學家們還表示，此類黑洞的產生一般有兩種途徑：
　　一，這種中等品質的黑洞由高密星群中央的數十個甚至上百個恒星級黑洞合併而來；
　　二，它是大型星系逐漸吞噬小型星系而形成的小星系核的殘留物質。

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銀河系發現遠古爆發黑洞 三百年前曾甦醒

2008年04月16日 12:58   來源：中國網

此黑洞潛伏在銀河系中心的人馬座A*中

    據法新社報道，歐洲宇航局15日表示，

    現今在我們銀河系休眠的一個黑洞曾在300年前爆發，瘋狂吞噬周圍物質。

    此黑洞潛伏在銀河系中心的人馬座A*中，距離地球大約2.6萬光年，其品質為太陽品質的4百萬倍，堪稱天上怪物。

    歐洲宇航局在新聞發佈會上說，

    日本天文學家前後利用歐洲宇航局的牛頓X射線天文望遠鏡(XMM-Newton)和美國與日本的X射線衛星，發現名為人馬座B2的氣體雲經過人馬座A*附近時，這些氣體雲在X射線光下忽明忽暗。

    此現像是源於X射線脈衝，它們被認為是300年前來自閃光的殘餘爆發。

    科學家表示，此X射線要300年時間才能從此中心黑洞到達此氣體雲，當它們到達時，它們結合鐵原子，從而導致它們發出X射線。

    日本東京大學的一名研究成員表示他們用10年時間觀察此X射線光的忽明忽暗現象之後，他們才跟蹤發現此黑洞在300年前的狂暴行勁。

    此發現有助於解釋為何我們銀河系中心的黑洞似乎沒其他星系中的黑洞那麼活躍的原因。

    科學家想探知銀河系中潛伏的黑洞，沒想到發現的黑洞300年前是那麼的"狂暴"。科學家將此發現發表地即將出版的《日本天文學學會期刊》上。

[ 本帖最后由 =Era= 于 2012-7-31 10:34 编辑 ]

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By:jacky / Comment:10 / Views: 5426黑洞

　　早想把黑洞和蟲洞相關知識放上來，一直等到現在。我家裏的筆記本上有關於黑洞的詳細記載，不過現在在公司，就找了相關的資訊放上，等有空再補充。下麵先欣賞兩張圖：

圖為銀河系中的超級黑洞，藍色代表接近于黑洞的物質發射出的放射線， 黑洞周圍的淺灰色結構是由氣體和灰塵構成。	這是一張正在轉變成黑洞的編號為GRB021004的恒星爆發的伽馬射線圖， 發生在2002年10月4日，它大約比我們的太陽重15倍。

　　“黑洞”很容易讓人望文生義地想像成一個“大黑窟窿”，其實不然。所謂“黑洞”，就是這樣一種天體：

　　它的引力場是如此之強，就連光也不能逃脫出來。

　　根據廣義相對論，引力場將使時空彎曲。當恒星的體積很大時，它的引力場對時空幾乎沒什麼影響，從恒星表面上某一點發的光可以朝任何方向沿直線射出。而恒星的半徑越小，它對周圍的時空彎曲作用就越大，朝某些角度發出的光就將沿彎曲空間返回恒星表面。

　　等恒星的半徑小到一特定值（天文學上叫“史瓦西半徑”）時，就連垂直表面發射的光都被捕獲了。到這時，恒星就變成了黑洞。

說它“黑”，是指它就像宇宙中的無底洞，任何物質一旦掉進去，“似乎”就再不能逃出。實際上黑洞真正是“隱形”的，等一會兒我們會講到。

　　那麼，黑洞是怎樣形成的呢？其實，跟白矮星和中子星一樣，黑洞很可能也是由恒星演化而來的。

　　當一顆恒星衰老時，它的熱核反應已經耗盡了中心的燃料（氫），由中心產生的能量已經不多了。這樣，它再也沒有足夠的力量來承擔起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下，核心開始坍縮，直到最後形成體積小、密度大的星體，重新有能力與壓力平衡。

　　品質小一些的恒星主要演化成白矮星，品質比較大的恒星則有可能形成中子星。而根據科學家的計算，中子星的總品質不能大於三倍太陽的品質。

如果超過了這個值，那麼將再沒有什麼力能與自身重力相抗衡了，從而引發另一次大坍縮。

　　根據科學家的猜想，物質將不可阻擋地向著中心點進軍，直至成為一個體積趨於零、密度趨向無限大的“點”。

而當它的半徑一旦收縮到一定程度(史瓦西半徑)，正象我們上面介紹的那樣，巨大的引力就使得即使光也無法向外射出，從而切斷了恒星與外界的一切聯繫——“黑洞”誕生了。

　　與別的天體相比，黑洞是顯得太特殊了。例如，黑洞有“隱身術”，人們無法直接觀察到它，連科學家都只能對它內部結構提出各種猜想。

那麼，黑洞是怎麼把自己隱藏起來的呢？答案就是——彎曲的空間。我們都知道，光是沿直線傳播的。這是一個最基本的常識。

        可是根據廣義相對論，空間會在引力場作用下彎曲。這時候，光雖然仍然沿任意兩點間的最短距離傳播，但走的已經不是直線，而是曲線。形象地講，好像光本來是要走直線的，只不過強大的引力把它拉得偏離了原來的方向。

　　在地球上，由於引力場作用很小，這種彎曲是微乎其微的。而在黑洞周圍，空間的這種變形非常大。

        這樣，即使是被黑洞擋著的恒星發出的光，雖然有一部分會落入黑洞中消失，可另一部分光線會通過彎曲的空間中繞過黑洞而到達地球。所以，我們可以毫不費力地觀察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一樣，這就是黑洞的隱身術。

　　更有趣的是，有些恒星不僅是朝著地球發出的光能直接到達地球，它朝其他方向發射的光也可能被附近的黑洞的強引力折射而能到達地球。

　　這樣我們不僅能看見這顆恒星的“臉”，還同時看到它的側面、甚至後背！

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黑  洞

黑洞（Black hole）是根據現代的物理理論和天文學理論，所預言的在宇宙空間中存在的一種天體區域。

歷史上，法國力學家拉普拉斯曾預言：「一個密度如 250 個太陽，而直徑為地球的發光恆星，由於其引力的作用，將不允許任何光線離開它。由於這個原因，宇宙中最大的發光天體，卻不會被我們看見」。

黑洞是由一個質量相當大的天體，在核能耗盡死亡後發生引力塌縮後形成。根據牛頓萬有引力定理，由於黑洞的第一宇宙速度過大，連光也逃逸不出來，故名黑洞。

在此區域內的萬有引力非常強大，任何物質都不可能從此區域內逃逸出去，甚至光線都被它強大的引力拉回，因此黑洞本身不會發光，天文學家可藉觀察黑洞周圍物質被吸引時的情況，找出黑洞位置。

黑洞可經由電子儀器觀查到。

尺寸和質量

質量達太陽10倍的黑洞之電腦模擬圖黑洞是由大約大於太陽質量的3.2倍的天體發生引力坍塌後形成的（小於1.4個太陽質量的恆星，會變成白矮星）。天文學的觀測表明，在很多星系的中心，包括銀河系，都存在超過太陽質量上億倍的超大質量黑洞。

根據愛因斯坦的廣義相對論，黑洞是可以預測的。他們發生於史瓦茲度量。這是由卡爾•史瓦茲查德於1915年發現的愛因斯坦方程的最簡單解。

根據史瓦茲解，如果一個重力天體的半徑小於一個特定值，天體將會發生坍塌，這個半徑就叫做史瓦茲查德半徑。在這個半徑以下的天體，其中的時空嚴重彎曲，從而使其發射的所有射線，無論是來自什麼方向的，都將被吸引入這個天體的中心。因為相對論指出任何物質都不可能超越光速，在史瓦茲半徑以下的天體的任何物質，包括重力天體的組成物質——都將塌陷於中心部分。一個有理論上無限密度組成的點組成重力奇點（gravitational singularity）。由於在史瓦茲半徑內連光線都不能逃出黑洞，所以一個典型的黑洞確實是「黑」的。

史瓦茲半徑由下麵式子給出：G是萬有引力常數，M是天體的質量，c是光速。對於一個與地球質量相等的天體，其史瓦茲半徑僅有9毫米。

特性

目前公認的理論認為，黑洞只有三個物理量有意義：質量、電荷、角動量。也就是說：對於一個黑洞，一旦這三個物理量確定下來了，這個黑洞的特性也就唯一確定了，這稱為黑洞的無毛定理，或稱作黑洞的唯一性定理。

黑洞的合併會以光束發射強大的引力波，新的黑洞會因後坐力脫離原本在星系核心的位置。如果速度足夠大，它甚至有可能脫離星系母體。

黑洞分類：

超巨質量黑洞 ：到目前為止可以在所有已知星系中心發現其蹤跡。質量據說是太陽的數百萬至十數億倍。

小質量黑洞：質量為太陽質量的10至20倍，即超新星爆炸以後所留下的核心質量是太陽的 3 ~ 15 倍就會形成黑洞。

理論預測，當質量為太陽的 40 倍以上，可不經超新星爆炸過程而形成黑洞。

中型黑洞：推論是由小質量黑洞合併形成，最後則變成超巨質量黑洞

中型黑洞是否真實存在仍然必需存疑。

微黑洞

微黑洞是理論預言的一類黑洞，目前尚無證據支持微黑洞的存在。它們誕生於宇宙大爆炸初期，質量非常小，根據霍金的理論，黑洞質量越小，「蒸發」越快。因此如果存在微黑洞，那麼它們現在一定已經蒸發殆盡了。

否認黑洞存在的一些觀點

量子力學方面的反駁：黑洞中心的奇點具有量子不穩定性，所以整個黑洞不可能穩定存在。

目前發現的黑洞是一些暗能量星：美國加利福尼亞勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的天體物理學家喬治·錢普拉因等認為，目前發現的黑洞是一些暗能量星，真正意義上的黑洞是不存在的。    (維基百科)

[ 本帖最后由 =Era= 于 2012-7-31 10:47 编辑 ]

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上：藝術家描繪超重黑洞從鄰近的星體上抽走物質。

左下：超重黑洞的X光映射。

右下：超重黑洞的光學映射。

超重黑洞

超重黑洞是一種黑洞，其質量是105至1010倍的太陽質量。現時一般相信，在所有的星系的銀心，包括銀河系在內，都會有超重黑洞。

比較

超重黑洞與其他相對較低質量的黑洞比較下，有一些有趣的區別：

超重黑洞的平均密度可以很低，甚至比空氣的密度還要低。這是因為史瓦茲旭爾得半徑是與其質量成正比，而密度則是與體積成反比。由於球體（如非旋轉黑洞的事界）的體積是與半徑的立方成正比，而質量差不多以直線增長，體積的增長率則會更大。故此，密度會隨黑洞半徑的增長而減少。

在事界附近的潮汐力會明顯的較弱。由於中央引力奇點距離事界很遠，若假想一個太空人向黑洞的中央移動時，他不會感受到明顯的潮汐力，直至他到達黑洞的深處。  

形成

超重黑洞從吸積盤中吸積的概念圖。超重黑洞的形成有幾個方法。最明顯的是以緩慢的吸積（由恆星的大小開始）來形成。另一個方法涉及氣雲萎縮成數十萬太陽質量以上的相對論星體。該星體會因其核心產生正負電子對所造成的徑向擾動而開始出現不穩定狀態，並會直接在沒有形成超新星的情況下萎縮成黑洞。第三個方法涉及了正在核塌縮的高密度星團，它那負熱容會促使核心的分散速度成為相對論速度。最後是在大爆炸的瞬間從外壓製造太初黑洞。

形成超重黑洞的問題在於如何將足夠的物質加入在足夠細小的體積內。要做到這個情況，差不多要將物質內所有的角動量移走。向外移走角動量的過程就是限制黑洞膨脹的因素，並會導致形成吸積盤。

根據觀測，黑洞的類別有著一些差距。一些從恆星塌縮的黑洞，最多約有10太陽質量。最小的超重黑洞約有數十萬太陽質量。但卻沒有在它們之間質量的黑洞。不過，有模型指異常明亮的X射線源有可能是在這個遺失範圍的黑洞。

都蔔勒效應量度

直接量度圍繞鄰近星系核心的水邁射的都蔔勒效應，只有在中央高物質密度的情況下，才可以發現很快速的克蔔勒運動。現時唯一已知可以在細小空間中包含足夠物質的是黑洞，或是在天體物理學上很短的時間內將變成黑洞的物體。對於較遠的活躍星系，寬譜線的闊度可以用來探測圍繞近視界的氣體。反射繪圖的技術就是利用這些譜線的變化來量度其質量，而黑洞的旋轉有可能加速了活躍星系的「引擎」能量。

在很多星系中心的超重黑洞被認為是活躍星系（如賽弗特星系及類星體）的「引擎」。馬普地外物理研究所及洛杉磯加利福尼亞大學[1]基於歐洲南天文臺[2]及凱克天文臺[3]的數據，提供了證據指人馬座A*就是在銀河系中心的超重黑洞。根據計算，它可能有260萬倍的太陽質量。

銀河系以外的超重黑洞於2004年5月，Paolo Padovani及其他天文學家發表他們發現了在銀河系以外30個超重黑洞。他們的發現令我們知道超重黑洞的數量最少是以往所知的兩倍。現時相信每一個星系的中央包含一個超重黑洞，而它們大部份都處於「不活躍」的狀態且吸積不多。相反在球狀星團的中央卻沒有黑洞，不過相信一些如在飛馬座的M15及在仙女座星系的Mayall II的中央仍有黑洞，估計質量約有104的太陽質量。

一些星系，如0402+379星系有兩個超重黑洞，形成一個二元系統。若它們相撞，將會產生強勁的重力波。

超重黑洞質量與星系形成

超重黑洞的質量與其身處的星系形態有關。這顯示了星系球體的質量與超重黑洞的質量有著相互的關連。而黑洞的質量亦與星系的分散速度有著更緊密的關連。但是這個關連卻未被解開。    (維基百科)