黑洞来自行星吗?
根据广义相对论,引力场会弯曲时空。当恒星较大时,其引力场对时空的影响很小,恒星表面某一点发出的光可以直线向任意方向发射。恒星的半径越小,对周围时空的弯曲作用越大,在某些角度发出的光会沿着弯曲的空间回到恒星表面。
当恒星的半径小到一个特定值(天文学上称之为“史瓦西半径”)时,甚至连垂直面发出的光都被捕捉到了。这时,恒星变成了黑洞。说它“黑”,就是说它像宇宙中的无底洞。任何物质一旦掉进去,似乎都逃不掉。其实黑洞真的是“看不见”的,这个我们后面会讲到。
那么,黑洞是如何形成的呢?事实上,和白矮星、中子星一样,黑洞很可能是由恒星演化而来的。
我们已经详细介绍了白矮星和中子星的形成过程。当恒星老化时,它的热核反应已经耗尽了中心的燃料(氢),中心产生的能量也快用完了。这样,它就不再有足够的强度来承受外壳的巨大重量。因此,在外壳的沉重压力下,核心开始坍塌,直到最后形成一个小而致密的恒星,它能够再次平衡压力。
质量较小的恒星主要演化成白矮星,质量较大的恒星可能形成中子星。根据科学家的计算,中子星的总质量不可能大于太阳质量的三倍。如果超过这个值,就没有与自身引力抗衡的力,就会导致另一次大坍缩。
这一次,根据科学家的猜测,物质将无情地向中心点行进,直到成为一个体积为零、密度无穷大的“点”。而一旦它的半径收缩到一定程度(史瓦西半径),就像我们上面提到的,巨大的引力使得连光都射不出去,从而切断了恒星与外界的一切联系——一个“黑洞”诞生了。
与其他天体相比,黑洞太特殊了。比如黑洞具有不可见性,人们无法直接观察到,甚至科学家也只能对其内部结构做出各种猜测。那么,黑洞是如何隐藏自己的呢?答案是——弯曲空间。众所周知,光是直线传播的。这是一个基本常识。但是根据广义相对论,空间在引力场的作用下会发生弯曲。此时,虽然光仍然沿着任意两点间最短的距离传播,但不是直线,而是曲线。形象地说,似乎光本来应该是直线前进的,但是强大的引力把它拉离了原来的方向。
在地球上,因为引力场很小,所以这种弯曲很小。在黑洞周围,这种空间变形非常大。这样,即使恒星发出的光被黑洞遮挡,虽然一部分会落入黑洞消失,但另一部分光会在弯曲的空间中绕过黑洞到达地球。所以我们很容易观察到黑洞背面的星空,就像黑洞不存在一样。这就是黑洞的隐形性。
更有趣的是,一些恒星不仅直接向地球发送光能,还会向其他方向发送光线,这些光线可能会被附近黑洞的强大引力折射而到达地球。这样,我们不仅能看到这颗星星的“脸”,还能看到它的侧面,甚至它的背面!
“黑洞”无疑是本世纪最具挑战性和最令人兴奋的天文理论之一。许多科学家都在努力揭开它的神秘面纱,新的理论不断提出。但是,这些当代天体物理学的最新成果,在这里不是三言两语就能说清楚的。感兴趣的朋友可以参考特别的作品。