宇宙黑洞是怎么吞噬星球的 黑洞是如何吞噬恒星的?那些被黑洞吞噬的物质最终又去了哪里呢?

当然,光也无法逃脱黑洞的引力,所以要“拍”一张它的照片并不容易,证明它的存在也不容易。

那么,在黑洞这样强大的引力作用下,那些不小心被黑洞“吸进去”的物体会怎么样呢?被吸入的物质最终又会去到哪里呢?

黑洞是如何吞噬恒星的?那些被黑洞吞噬的物质最终又去了哪里呢?

正在被黑洞吞噬的恒星,源:Mark A. Ga

黑洞吞噬其它天体非常罕见

事实上,除了恒星被黑洞吞噬外,我们基本无法观测到其它东西被吞噬,而且恒星的吞噬事件是非常罕见,以及非常不容易发生的。

以现有的观测数据,科学家们统计出,在银河系内,每10万年可能都不超过一次恒星被黑洞吞噬的事件。

很多人可能想不明白,黑洞的引力那么大,为什么吞一颗恒星那么困难呢?

黑洞是如何吞噬恒星的?那些被黑洞吞噬的物质最终又去了哪里呢?

其实原因很简单,黑洞对外界的引力也符合自然规律,我们可以把它想象成一个引力更大的恒星,而在它周围的恒星是就像我们地球围绕太阳一样,围绕着黑洞旋转,而不是直接被吸进去。

大多时候,围绕黑洞运动的天体也和地球一样,会在自己的轨道上稳定运行,但有时候会受到一些其它的干扰,比如,两颗大质量的天体近距离相遇的时候,它们的引力就会扰乱彼此的轨道。

黑洞是如何吞噬恒星的?那些被黑洞吞噬的物质最终又去了哪里呢?

被黑洞吞噬的恒星,源:NASA/JPL-Calte

当这种干扰发生的时候,它有三种情况,要么稍微偏离一点原有轨道后继续稳定运动,要么直接被抛射出去,要么就是被推向黑洞。

这就有点像地球在太阳系内稳定运动,然后时常也会受到一些小行星撞击一样。

恒星被黑洞吞噬

当一颗“倒霉的”恒星注定坠入黑洞时,它其实和一颗质量较小的天体坠入一颗更大质量的天体的情况是一样,只是恒星“坠毁”会更加耀眼许多。

黑洞是如何吞噬恒星的?那些被黑洞吞噬的物质最终又去了哪里呢?

图源:J. Guillochon

开始时,恒星会受到潮汐力的影响,黑洞对恒星近侧的引力要比远侧更强一些,当达到一定距离时,从一侧到另一侧的力差就会大于恒星自身的引力,这个距离被称为潮汐半径

当这种情况发生时,恒星会像开始意大利面条一样沿着其运动方向被拉伸,开始是变成椭球形,然后是一个长条。

这个时候,在恒星内部也非常有趣,由于黑洞引力的影响,恒星本身的重力不足以维持自己的密度和压力,所以它内部的核聚变反应会逐渐停止。

黑洞是如何吞噬恒星的?那些被黑洞吞噬的物质最终又去了哪里呢?

恒星最后一部分被吸入,一部分被抛出

接下去,恒星会完全解体,不过恒星解体之后的物质分配,或者有多少恒星物质进入黑洞,存在许多争议,但是可以肯定的是,并不是整个恒星都被黑洞吸入了

其中一部分物质(可能只有10%)会进入黑洞并给黑洞增加质量和能量,但是有90%的物质会被重新抛射出去,这些被抛出去的部分可以促进新恒星系的形成[1]。

之所以黑洞不能把整个恒星都吞噬,其实原因很简单,黑洞是一个引力强大但尺寸却相对很小的天体,这和恒星的尺寸形成了鲜明的对比,所以恒星的大部分物质会被加速并抛射出去。

黑洞是如何吞噬恒星的?那些被黑洞吞噬的物质最终又去了哪里呢?

图源:ESA/L. Calçada

那些真正被黑洞吞噬的恒星部分,在滑过黑洞的事件视界(光线无法逃逸的区域)前,会发出耀眼的光芒。

这是一颗恒星完全解体前所发出的最后一次光芒,它可能是全宇宙最有活力和最明亮的事件之一

这种恒星被黑洞解体的现象被称为潮汐撕裂事件,它所爆发的耀斑类似于超新星,不过超新星的爆发频率要高许多,天文学家可以通过分析光谱的方式来确定两种事件。

虽然,一颗恒星可能需要数百万年才能形成,而且可以发光数十亿年,但潮汐撕裂事件只需要几个小时时间,一颗恒星完全解体。

黑洞是如何吞噬恒星的?那些被黑洞吞噬的物质最终又去了哪里呢?

图注:射电望远镜已发现的大型黑洞

不过,这真的很罕见,天文学家从上世纪90年代开始一直在关注潮汐撕裂事件,到目前为止,总共只观察到了大约 100 个,而且大多是候选。

最后

每一个星系的中心都被认为是一个超大质量的黑洞,而星系中的所有恒星都围绕着这个黑洞运行。

黑洞是如何吞噬恒星的?那些被黑洞吞噬的物质最终又去了哪里呢?

图注:人马座A*探测到X 射线耀斑

比如银河系的中心——人马座 A*,这个质量超过 400 万个太阳质量的区域,半径只有67 亿公里左右,这是一个黑洞所在的区域,它周围的恒星围绕着它快速运动。

当一颗恒星被它吞噬时,除了被它真正吸收的部分外,其实还有很大一部分是直接被甩出银河系的,当然也有一部分留在了银河系内,这三个就是一颗被黑洞吞噬的恒星最终去处。

黑洞是宇宙中最极端的天体,同时也非常有趣,许多科学家试图破解其中的奥秘,但是一个似乎非常简单的问题,到底是先有黑洞后有星系,还是先有星系后有黑洞的,这至今还是个谜!

参考资料:

Ethan Siegel.No, Black Holes Don’t Suck Everything Into Them.forbes.2019.6.19

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