黑洞在宇宙中是以什么形态存在的把大爆炸前的宇宙当成一个巨大质量的黑洞,那么必定有一个视界.视界外是更大的空间,应该另有物质,视界内是真空和黑洞.那么这个黑洞是以什么形态而存

Question

黑洞在宇宙中是以什么形态存在的
把大爆炸前的宇宙当成一个巨大质量的黑洞,那么必定有一个视界.视界外是更大的空间,应该另有物质,视界内是真空和黑洞.那么这个黑洞是以什么形态而存在的呢?

Answer 1

宇宙黑洞包括物理黑洞和暗能量黑洞两种.物理黑洞有巨大的质量,但暗能量黑洞只有巨大的暗能量而没有巨大的质量.目前每个星系中心的黑洞都是暗能量黑洞.暗能量黑洞的引力与它内部的暗能量和它的旋转速度的乘积成正比,与它的体积成反比.
1.宇宙黑洞的研究现状
天文学家通过长期观测发现,在宇宙中有一些引力非常大却又看不到任何天体的区域,称之为黑洞.黑洞是位居宇宙空间和时间构造中的一些深不见底的类似井状的东西,具有极大的吸引力,包括光在内的任何物体都无法逃脱被吸入的命运.这就使得人们对于黑洞的研究变得异常困难：它既不向外散发能量,也不表现出任何形式的能量,人们根本无法看到它.因此,人们对于黑洞的研究就象是对一种看不见的东西进行研究.
科学家们认为,黑洞由一颗或多颗天体坍缩形成,当一颗质量相当大的星体核能(氢)耗尽后,没有辐射压力去抵抗重力,平衡态不再存在时,这个星体将全面塌缩.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.根据科学家的计算,当中子星的总质量超过三倍太阳的质量时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.若其质量仍大于3个太阳质量时,那么连中子的气体压力也不能平衡重力,星体将继续塌缩至它的重力半径范围之内.这时,引力之大足以使一切粒子,包括光子,都被引回星体本身,不能外逸,就形成了引力极强的黑洞.黑洞可以吞噬附近的一切物质,它先将物质吸引到附近围绕它们高速旋转；随着转速的加快,物质变为炙热的等离子体,并逐渐靠近黑洞旋转中心；当它们最终接近黑洞时,就会被吞噬.
通常,黑洞是无法被发现的,但是也有例外：如果在它附近有气团,则会产生飞向黑洞的气流,于是气流也暴露了黑洞的位置.众所周知,在压缩时气体物质会被加热到几百万度,同时产生强烈的X射线辐射.用X射线观测望远镜就可以探测到黑洞的存在.2004年,著名的“钱德拉”X射线观测望远镜发现了一颗巨大黑洞的X射线,并将其命名为“SDSSpJ306”,它位于距离我们地球26亿光年的MS0735星团.天文学家通过对这些X射线和其所在星系的重力影响一起进行检测,推测它“出生”于127亿年前———而宇宙大爆炸发生在137亿年前.这说明,黑洞与星系同时演化,两者谁也不会单独主导早期宇宙中星体的快速诞生. 在此次观测中,天文学家们还在处于星系中心的“SDSSpJ306”黑洞的周围发现了许多新生星体,而且更多的星体正在形成之中.该发现给新出现的星系形成演化理论提供了重要的直接证据.
科学家们认为,黑洞是有质量的.黑洞一般被旋转的热气体圆盘所包围,这些热气体在以螺旋运动逐渐被黑洞吸收时会发出大量的电磁辐射.黑洞附近发光的氢原子谱线宽度与旋转速度有关.旋转速度越快,氢原子发出的谱线越宽,说明黑洞的质量越大.通过对氢原子谱线研究发现,“SDSSpJ306”黑洞有10亿个太阳重,所产生的能量更是太阳的20万亿倍.这个黑洞如此之大,以致它的引力作用范围大小与银河系相当.在这个黑洞吞噬星团的同时,还将一些热气体以射流形式喷还给宇宙,形成了两个巨大洞穴,每个洞穴的直径大约为65万光年.黑洞再次喷发出来的气体质量,相当于1万亿个太阳质量,这种喷射已经持续了1亿年之久.
黑洞有大有小.超巨黑洞的质量达到太阳的数百万甚至数十亿倍.小黑洞的质量与太阳基本处于一个数量级,主要由质量相当于太阳10倍左右的恒星发生超新星爆炸形成.超巨黑洞位于星系中心,据推测每个星系都有,质量一般约为星系总质量的0.5%.2002年10月,欧洲科学家宣布了银河系中心存在超巨黑洞的最佳证据.他们说,过去20年中,科学家们一直在观测银河系中心一些星体的活动情况,尤其对一颗名为S2的星体的运行轨道进行了跟踪研究,最终得出结论：S2附近确实存在一个巨型黑洞.质量是太阳7倍的S2,以每小时1.8亿公里的高速每15.2年绕银河系中心一周.之所以如此高速,是因为它周围存在黑洞,“害怕”被黑洞“吞噬”.经过计算,这一黑洞距地球2.6万光年,质量是太阳的370万倍. 银河系中心黑洞每年“食量”不足地球质量的1%.黑洞“食量”是根据它吞噬“食物”时发出X射线的强弱程度计算出来的.科学家还提出,如果黑洞获得了源源不断的“食物供给”,就可能从相对安静的状态中“醒来”,处于活跃状态中.
2.黑洞的种类
按组成来划分,黑洞可以分为两大类.一是暗能量黑洞,二是物理黑洞.暗能量黑洞主要由高速旋转的巨大的暗能量组成,它内部没有巨大的质量.巨大的暗能量以接近光速的速度旋转,其内部产生巨大的负压以吞噬物体,从而形成黑洞.暗能量黑洞是星系形成的基础,也是星团、星系团形成的基础.物理黑洞由一颗或多颗天体坍缩形成,具有巨大的质量.当一个物理黑洞的质量等于或大于一个星系的质量时,我们称之为奇点黑洞.暗能量黑洞的体积很大,可以有太阳系那般大.但物理黑洞的体积却非常小,它可以缩小到一个奇点.
3.暗能量黑洞的形成
根据科学家们的推算,宇宙大爆炸大约发生在137亿年以前.宇宙大爆炸之后,就形成了宇宙.它由两部分组成.一是由暗能量组成的世界,称之为黑暗世界；二是物质组成的世界,称之为物质世界.黑暗世界以旋涡场的形式存在,整个宇宙空间都被各种不同大小的旋涡场所充满.而物质世界则主要是以宇宙尘埃的形式存在,它们不均匀分布在各个旋涡场之中.在一个如星系般大小的旋涡场中,以Ep来表示宇宙尘埃绕它的旋涡中心运动的总动能.该旋涡场内的暗能量则分为两部分.一部分为旋涡中心的暗能量,以En1来表示.另一部分为旋涡中心之外的暗能量,用En2来表示.以En来表示星系的总暗能量,则有En=En1+En2.宇宙尘埃的运动是由暗能量来推动的.当En=Ep时,暗能量将全部转化为宇宙尘埃运动的动能.在这种情况下,旋涡场处于一种平衡状态,它既不收缩,也不膨胀.
下面分几种情况进行讨论.
(1).恒星的形成
当旋涡场内的宇宙尘埃很多时,Ep值比En大很多,即暗能量的旋转负荷太重.在旋涡场的旋转角速度不变的情况下,我们可以得到宇宙尘埃绕旋涡中心运动的总动能公式,如下所示：
Ep=MpVp2/2=Mp(ωR)2/2…………（6）
上式中,Vp为宇宙尘埃绕旋涡中心运动的平均速度,Mp为旋涡场中宇宙尘埃的总质量,ω为旋涡场的旋转角速度,R为宇宙尘埃到旋涡中心的平均距离.根据这条公式,当宇宙尘埃向旋涡中心靠近时,Ep值就会减少.当Ep值比En大很多时,旋涡场的转动负荷太重.在这种情况下,旋涡场必定收缩,宇宙尘埃必定向旋涡中心靠近,最后沉积到旋涡中心处变成沉积物.随着时间的推移,旋涡中心处的沉积物越来越多,最后变成了一颗恒星.恒星形成之后,当En=Ep时,其余的宇宙尘埃就再也不能沉积到旋涡中心.这些余下的宇宙尘埃就会在较小的旋涡场中形成围绕恒星运动的自转行星.
(2).星系的形成
当旋涡场很大,宇宙尘埃很多,En值与Ep相差不多时,旋涡场就处于一种平衡状态.在这种情况下,这些宇宙尘埃就无法靠近旋涡中心.这个大旋涡场中有无数个较小的旋涡场.象上述(1)所说的那样,每个小旋涡场形成一个恒星,无数个小旋涡场就会形成无数个恒星.