黑洞是怎樣形成?

黑洞
當一個巨大的恆星(質量是太陽質量的8倍以上)死亡時，恆星的殘骸可能會形成黑洞。而黑洞的形成是因為大質量的恆星在演化的未期都會發生超新星爆炸，引力的坍縮，大到連中子星這樣極為緊密的結構都支撐不住，星體就會繼續收縮下去，直到成為無法想像的緊密成為一點，這就是「黑洞」。黑洞所包含的物質緊密，產生的重力也強得無法想像，強到連光線都跑不出來，因此而得名。任何東西一旦掉到黑洞，便被分解、壓縮而成為黑洞的一部分。
而黑洞的概念是由愛因斯坦廣義相對論所推導出來的結論：一個核反應完全停止的星體，無力頂住萬有引力而坍縮；當原子被壓破時，就會變成白矮星，而恆星量較大時，則還會敲開原子核，變成擠成一團、密度更大百萬倍的中子星；如果坍縮的恆星質量更大時，則坍縮還會進行下去，所有物質會無可避免、永遠坍縮下去，所有質量將集中在一個沒有大小的「奇異點」上。

圖片參考：http://hk.geocities.com/aboveworld89/six.ht1.jpg

奇異點周圍的重力也特別大，在某個範圍以內，重力龐大得連光線也逃不出去。這個連光線也逃不出去的面，稱為事相面。光線和任何物質都只能從事相面外部進入其內部，而無法從裡邊逸出。這個事相面的裡邊就是黑洞。黑洞是個極為單純的星體，只包括位於中央的奇異點和圍繞異點的事相面。事相面內除了奇異點之外，連一個原子也沒有。黑洞與黑洞之間的區別，只能從質量、自旋角度動量及電荷三個性質來判斷。
黑洞不發光，就不可能發現它的存在的證據了！其實不然；例如當周圍的物質被吸引時，卻會透露出黑洞的存在。圍繞黑洞的雲氣會以極高的速度運動，若偵測到氣體圍繞著非常小的區域高速運動，我們便能推測該區域可能有個黑洞。而當物質被吸入黑洞時，因這些氣體由質子及電子的電漿組成，彼此摩擦而成高溫狀態，便會放出x及r射光，於是我們便可察覺黑洞的存在。

1998 哈伯發現圓盤環繞這巨大黑洞 (質量達三億個太陽)的黑洞，而圍繞它的是橢圓星系NGC 7052(位於狐狸座，距地球191,000,000光年 )，而造成這現象可能是古代星系碰撞之後所殘留的，而這個圓盤狀物體可能在幾十億年後被黑洞所吞噬. 離中心 186光年的圓盤就像是一個轉動中的巨大旋轉木馬，速率可達時速 341,000英里（每秒 155公里），快速的旋轉提供給我們測量黑洞對氣體萬有引力大小的重要指標。雖然黑洞質量有太陽的三億倍，但其比重只佔NGC 7052星系總質量的百分之0.05，但這個圓盤還是比它輕了一百多倍，而它所擁有的原料還可以形成三百萬顆像太陽的質量，

圖片參考：http://geo.yahoo.com/serv?s=382076084&t=1195480392&f=hk-w76

甚麼是黑洞
黑洞是一個時空的黑暗區，由一些質量頗大的星體經重力塌縮後所剩餘的東西，是一個重力極大的天體。視界內任何物質都不能從裡面跑來，甚至是光都不例外，所以是一顆渿黑的天體，因而得名為黑洞。因為無法從可見光這途徑看到黑洞，所以只能以被黑洞吸引掉落其上的物質所釋放的輻射來確定它們的存在。
黑洞

黑洞的形成
當一顆質量相當大的星體的核能耗盡後（巨大的恆星：質量是太陽質量的八倍以上）死亡時，恆星的殘骸可能會形成黑洞。而黑洞的形成是因為大質量的恆星在演化的未期都會發生超新星爆炸，沒有輻射壓力去抵抗重力，平衡態不再存在，這星體將全面塌縮，成為中子星。若其中子星的總質量大於三倍太陽的質量，那麼連中子簡併氣體壓力也不能平衡重力，星體將塌縮至它的重力半徑範圍之內。這時，引力之大足以使一切粒子，都被引回星體本身，不能逃脫。

“黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”，其实不然。所谓“黑洞”，就是这样一种天体：它的引力场是如此之强，就连光也不能逃脱出来。
根据广义相对论，引力场将使时空弯曲。当恒星的体积很大时，它的引力场对时空几乎没什么影响，从恒星表面上某一点发的光可以朝任何方向沿直线射出。而恒星的半径越小，它对周围的时空弯曲作用就越大，朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。
等恒星的半径小到一特定值（天文学上叫“史瓦西半径”）时，就连垂直表面发射的光都被捕获了。到这时，恒星就变成了黑洞。说它“黑”，是指它就像宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉进去，“似乎”就再不能逃出。实际上黑洞真正是“隐形”的，等一会儿我们会讲到。
那么，黑洞是怎样形成的呢？其实，跟白矮星和中子星一样，黑洞很可能也是由恒星演化而来的。
我们曾经比较详细地介绍了白矮星和中子星形成的过程。当一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料（氢），由中心产生的能量已经不多了。这样，它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下，核心开始坍缩，直到最后形成体积小、密度大的星体，重新有能力与压力平衡。
质量小一些的恒星主要演化成白矮星，质量比较大的恒星则有可能形成中子星。而根据科学家的计算，中子星的总质量不能大于三倍太阳的质量。如果超过了这个值，那么将再没有什么力能与自身重力相抗衡了，从而引发另一次大坍缩。
这次，根据科学家的猜想，物质将不可阻挡地向着中心点进军，直至成为一个体积趋于零、密度趋向无限大的“点”。而当它的半径一旦收缩到一定程度(史瓦西半径)，正象我们上面介绍的那样，巨大的引力就使得即使光也无法向外射出，从而切断了恒星与外界的一切联系——“黑洞”诞生了。
与别的天体相比，黑洞是显得太特殊了。例如，黑洞有“隐身术”，人们无法直接观察到它，连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。那么，黑洞是怎么把自己隐藏起来的呢？答案就是——弯曲的空间。我们都知道，光是沿直线传播的。这是一个最基本的常识。可是根据广义相对论，空间会在引力场作用下弯曲。这时候，光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播，但走的已经不是直线，而是曲线。形象地讲，好像光本来是要走直线的，只不过强大的引力把它拉得偏离了原来的方向。

　　在地球上，由于引力场作用很小，这种弯曲是微乎其微的。而在黑洞周围，空间的这种变形非常大。这样，即使是被黑洞挡着的恒星发出的光，虽然有一部分会落入黑洞中消失，可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球。所以，我们可以毫不费力地观察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一样，这就是黑洞的隐身术。
更有趣的是，有些恒星不仅是朝着地球发出的光能直接到达地球，它朝其它方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球。这样我们不仅能看见这颗恒星的“脸”，还同时看到它的侧面、甚至后背！
“黑洞”无疑是本世纪最具有挑战性、也最让人激动的天文学说之一。许多科学家正在为揭开它的神秘面纱而辛勤工作着，新的理论也不断地提出。不过，这些当代天体物理学的最新成果不是在这里三言两语能说清楚的。有兴趣的朋友可以去参考专门的论著。

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：「一個密度如地球，而直徑為 250 個太陽的發光恆星，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，不能用天文望遠鏡直接觀測到，是黑漆漆的天體，但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。

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。


[編輯] 都卜勒效應量度
直接量度圍繞鄰近星系核心的水邁射的都卜勒效應，只有在中央高物質密度的情況下，才可以發現很快速的克卜勒運動。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，它若有260萬太陽質量。

黑洞的形成
當一顆質量相當大的星體的核能耗盡後（巨大的恆星：質量是太陽質量的八倍以上）死亡時，恆星的殘骸可能會形成黑洞。而黑洞的形成是因為大質量的恆星在演化的未期都會發生超新星爆炸，沒有輻射壓力去抵抗重力，平衡態不再存在，這星體將全面塌縮，成為中子星。若其中子星的總質量大於三倍太陽的質量，那麼連中子簡併氣體壓力也不能平衡重力，星體將塌縮至它的重力半徑範圍之內。這時，引力之大足以使一切粒子，都被引回星體本身，不能逃脫。

甚麼是黑洞
黑洞是一個時空的黑暗區，由一些質量頗大的星體經重力塌縮後所剩餘的東西，是一個重力極大的天體。視界內任何物質都不能從裡面跑來，甚至是光都不例外，所以是一顆渿黑的天體，因而得名為黑洞。因為無法從可見光這途徑看到黑洞，所以只能以被黑洞吸引掉落其上的物質所釋放的輻射來確定它們的存在。

黑洞的形成
當一顆質量相當大的星體的核能耗盡後（巨大的恆星：質量是太陽質量的八倍以上）死亡時，恆星的殘骸可能會形成黑洞。而黑洞的形成是因為大質量的恆星在演化的未期都會發生超新星爆炸，沒有輻射壓力去抵抗重力，平衡態不再存在，這星體將全面塌縮，成為中子星。若其中子星的總質量大於三倍太陽的質量，那麼連中子簡併氣體壓力也不能平衡重力，星體將塌縮至它的重力半徑範圍之內。這時，引力之大足以使一切粒子，都被引回星體本身，不能逃脫。


黑洞的界限
當一個黑洞形成後，塌縮還會進行下去，所有物質會無可避免，所有質量將集中在一個非常細小的質點，稱為奇點。黑洞的表面層稱為事件穹界。而這表面層和中心奇點的距離就是史瓦半徑。任何物質要從黑洞的史瓦半徑跑到外面去，它的逃離速度便要大於光速。但根據狹義相對論，光速是速度的極限。重力龐大得連光線也逃不出去，這個連光線也逃不出去的面，稱為事相面。光線和任何物質都只能從事相面外部進入其內部，而無法從裡邊逸出。這個事相面的裡邊就是黑洞。


探索的黑洞
黑洞不發光，所以是不可能用天文望遠鏡規測得到的。但根據理論，當周圍的物質被吸引時，就會透露出黑洞的存在。如果一對雙星中的伴星是黑洞，那麼主星的物質被吸引向黑洞而形成一個吸積環。當吸積環的物質被吸入黑洞時，因摩擦而引起高溫，而放出Ｘ光線。於是我們就能將重點放於Ｘ射線密近雙星上。

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