黑洞的構造比一般人所想像的還要複雜,而且根本不是一個「洞」,而是一個構造複雜,且中心點可能是個硬到不能再硬、小到不能再小的點。科學家認為,當恆星的核融合反應終止後,會因為重力塌縮而形成一個質量巨大的物質,而且因為其重力場如此之強,以至於周遭的物質、輻射、光子都無法逃逸。換言之,一旦供應太陽核融合的原料用盡,太陽也會變成黑洞。
黑洞之所以令人費解,主要在於物質、輻射、光子進入「奇異點」周圍的「事件視界」(event horizon)後,就會被吸到奇異點中,成了奇異點的一部分,彷彿從宇宙消失。簡單說,「事件視界」讓人類得以觀察到黑洞的蹤影,但「奇異點」因為根本把光子都完全吸入,人類根本不可能看到其真面目,且就算搭太空船想近距離觀看,也會被吸入而喪命。
英國已故物理學大師霍金(Stephen Hawking)2014年曾發表一篇名為《黑洞的資訊保存與天氣預測》論文,文中直指「宇宙沒有連光線也無法逃逸的黑洞」,但應有「灰洞」,它會把物質和能量暫存,然後再釋放。霍金當時強調,「傳統派理論認為,沒有東西能逃出黑洞,但量子力學容許能源和物質從黑洞逃脫」,既然「吞噬」的物質將重回宇宙,黑洞就並不存在。
除了「黑洞」到底是不是物質、能量只進不出的爭議,以及「黑洞」到底應不應該稱之為「黑洞」的辯論,黑洞的「相對論性噴流」(Relativistic jet)到底為何產生,也有不同看法。一般認為,相對論性噴流的直接成因是黑洞周圍的吸積盤表面磁場沿著星體旋轉軸的方向扭曲並向外發射,因而當條件允許時,在吸積盤的兩個表面都會形成向外發射的噴流。
另有一種理論認為,「相對論性噴流」的能量來自於黑洞的「參考系拖曳」(Frame-dragging)效應,也就是處於轉動狀態的物質會對其周圍的時空產生拖曳的現象,此理論後來被證實可以為「相對論性粒子」(運動速度達到或接近光速的粒子,relativistic particle)抽取到能量和動能,從而使之成為一種形成「相對論性噴流」的可能機制。
科學界普遍認為,黑洞是宇宙中最神秘的天體,幾乎所有質量都集中在最中心的「奇異點」處,其周圍形成一個強大的引力場。霍金在他的最後一本著作《霍金大見解:留給世人的十個大哉問與解答》(Brief Answers to the Big Questions)中這樣寫道:「事實有時候比小說更奇怪,黑洞最能真實體現這一點,它比科幻作家夢想的任何東西都更奇怪。」
Q.黑洞是什麼?
A.黑洞是一種質量極大的天體,具有非常強的引力,會吞噬周邊的物質,連光也會被吸掉,因此理論上黑洞無法被看到
Q.怎樣「觀察」黑洞?
A.雖然黑洞本身無法被看到,但黑洞吞噬的物質會洩露黑洞位置。黑洞周圍區域的邊界稱為「事件視界」,可說是物質的「不歸路」,物質一旦進入事件視界,必會被吞噬,而物質在被吸入其間會因摩擦而產生熱能,達到數以百萬攝氏度計的高溫,發出強烈X射線,正好勾勒出黑洞的「輪廓」
Q.黑洞如何誕生?
A.當一顆質量至少為太陽10倍的恆星燃料耗盡,只剩下金屬內核,無法繼續發生核聚變,就會爆炸塌縮;如果內核質量超過太陽的3倍,死亡後就會塌縮為黑洞
Q.黑洞有多大?
A.理論上,黑洞沒有質量上限,可以超乎想像的大和重,相當於幾十億個太陽
Q.黑洞可存在多久?
A.英國物理學家霍金提出理論指,黑洞如果不再吸收其他物質,最終可能被亞原子粒子銷蝕,逐漸滅亡;這個物理機制被稱為「霍金輻射」。根據量子物理學定律,在宇宙各處隨時都有亞原子粒子以粒子和反粒子成對地誕生,但一形成就會立即相撞、湮滅,回歸能量形式,「能量轉化為質量、質量又轉化為能量」的過程不斷循環。假設這過程發生在黑洞附近,粒子與反粒子之中有一方被吸進黑洞,另一方則留在外面,這就等於從黑洞中竊取了一點能量。如果這過程不斷發生,同時黑洞沒有吸收更多質量,最終整個黑洞就會被輻射銷蝕掉,儘管這過程會極漫長
資料來源:綜合外電
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