黑洞會爆炸嗎?

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黑洞是巨大的宇宙現象,大到連光都無法離開它們。 大多數人認為所有的黑洞都只是圍坐在一起吃掉一些不正常的氣體或塵埃。

但黑洞真的可以有更有趣的內心生活嗎? 例如,它們會爆炸嗎? 如果爆炸意味著“突然的、短期的大量能量釋放”,那麼答案是肯定的。 最有趣的是,它們甚至可以以幾種有趣的方式爆炸。

黑洞有一種爆炸的方式。 這一過程的解釋是黑洞並非全黑,這是由著名的天體物理學家斯蒂芬霍金在 1976 年發現的。

黑洞會爆炸嗎?

俄亥俄州立大學的物理學家薩米爾·馬圖爾在一封電子郵件中告訴 Live Science:“在經典物理學中,沒有什麼能從洞裡出來。” “但霍金發現,通過量子力學,空洞通過發射低能輻射(稱為霍金輻射)在無窮遠處慢慢帶走能量。”

在黑洞吸收新物質之前,它會在釋放霍金輻射時慢慢失去質量,但速度很慢。 一個質量是太陽幾倍的典型黑洞每年會發射大約一個光子或一束光。 按照這個速度,一個典型的黑洞需要 10^100 年才能完全蒸發。

但霍金意識到較小的黑洞蒸發得更快。 隨著黑洞變得越來越小,它會發出越來越多的輻射。 在其生命的最後時刻,黑洞會釋放出如此多的輻射,而且速度如此之快,以至於它就像炸彈一樣,釋放出一股高能輻射和粒子流。

如果在極早期的宇宙中形成了小型(地球大小)的黑洞,它們將需要數十億年的時間才能蒸發,這意味著這些“原始”黑洞,如果存在的話,現在正在整個宇宙中爆炸。 迄今為止,天文學家還沒有發現原始黑洞爆炸的證據,但它們可能就在附近。

黑洞會爆炸嗎?

黑洞以一種不同的爆炸方式爆炸,由於它們的自轉,在宇宙其他任何地方都找不到這種爆炸。 旋轉的黑洞——在新西蘭數學家羅伊·克爾(Roy Kerr)之後也被稱為克爾黑洞,他首先了解了它們的工作原理——在它們的視界周圍創​​造了一個能動層。 能層是一個狹長的空間區域,沒有任何東西可以保持靜止。 當粒子進入能層時,任何落入旋轉黑洞的東西都會開始圍繞它旋轉。

旋轉黑洞周圍的時空也可以吸引光子。 如果有足夠的光子,它們可以相互反彈或任何雜散粒子。 有時反彈會導致光子離開能層。 但在其他情況下,反彈會導致光子更深地落入黑洞,在那裡它們獲得能量。 然後它們可以再次消散到更高的軌道,然後再次下降。

隨著這個過程的每次重複以及每次繞黑洞旅行,光子都會獲得能量。 這個過程稱為“過度輻射”。 如果光子最終掙脫出來,與最初開始旅程時相比,它將擁有巨大的能量。

如果有足夠多的光子參與到這個過程中,它們可以立刻爆發出驚人的能量,變成所謂的“黑洞炸彈”。 即使黑洞本身沒有爆炸,這種超輻射效應再次表明黑洞對環境的影響有多麼強大。

黑洞會爆炸嗎?

黑洞引起爆炸的最常見方式不是通過它們的自我毀滅,而是通過它們不可抗拒的引力。 在星系中心發現了超大質量黑洞,有時大塊物質,如恆星,距離太近。 當這種情況發生時,恆星會被潮汐效應撕裂,這種撕裂會導致能量的爆炸性釋放。 地球上的天文學家可以將這種能量釋放觀察為短暫但強烈的 X 射線和伽馬射線爆發。

除了粉碎恆星之外,這些超大質量黑洞還經常收集成群的物質,這些物質在巨大的吸積盤中不斷地圍繞它們旋轉。 吸積盤的溫度達到千萬億度,這使它們成為宇宙中最亮的物體——一個發光的盤可以同時超過一百萬個星系。

在它們的峰值功率下,這些圓盤會產生電場和磁場,將黑洞周圍的一些圓盤物質拉成綿延數万光年的細長噴流。 雖然這些噴氣機在技術上不是爆炸,但它們仍然相當激烈。

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