• 注册
  • 太空探索 太空探索 关注:289 内容:304

    黑洞合并过程中,物质能逃脱黑洞视界吗?

  • 查看作者
  • 打赏作者
  • 当前位置: 博科园 > 太空航天 > 太空探索 > 正文
    • 1
    • 太空探索
    • Lv.17蜂鸟
      VIP4博科园 VIP
      爱因斯坦

      【博科园-科学科普】如果本文能为你带来你未曾了解知道信息或知识,故“博科园”觉得还是有点作用的。那么留个言说说,并点个赞吧 ♪( ^∇^* )

      一旦你落入黑洞的视界,你就永远无法逃脱。你没有速度可以去旅行,即使是光速,也不能让你离开。但在广义相对论中,空间由于质量和能量的存在而弯曲,而合并黑洞是最极端的情形之一。那有没有可能掉进黑洞,穿越视界,然后逃离黑洞的视界因为大规模的合并而扭曲?

      黑洞合并过程中,物质能逃脱黑洞视界吗?

      即使黑洞应该有吸积盘,物质从它们里面掉下来,一旦穿过黑洞,它似乎就不可能从视界内逃逸出来。图片版权:NASA / Dana Berry (Skyworks Digital)

      如果两个黑洞合并,有可能发生在黑洞视界之内的物质逃逸吗?它能逃脱并转移到另一个(更大的黑洞)吗?逃到这两个视野之外呢?

      这是个疯狂的想法,肯定的,让我们找出答案:

      黑洞合并过程中,物质能逃脱黑洞视界吗?

      当一个足够大的恒星结束它的生命,或者两个足够大的恒星残留物(如中子星)合并时,一个黑洞就会形成,它与它的质量成正比,它周围有一个吸积盘。图片版权:ESA/Hubble, ESO, M. Kornmesser

      形成黑洞的方式通常是由一个大质量恒星的核心坍塌形成的,要么是超新星爆炸的余波,要么是中子星的合并,要么是直接坍缩。据我们所知每个黑洞都是由曾经是恒星的一部分的物质形成的,因此在许多方面,黑洞是最终的恒星遗迹。有些黑洞是孤立形成的;其他形式是双星体系的一部分,甚至是多颗恒星。随着时间的推移,黑洞不仅能吸入和融合,还能吞噬掉在视界内的其他物质。

      黑洞合并过程中,物质能逃脱黑洞视界吗?

      在一个史瓦西黑洞里,坠入了一个奇点和黑暗。无论你在哪个方向旅行,你如何加速等等,跨界于视界意味着不可避免的遇到奇点。图片版权:(Illustration) ESO, ESA/Hubble, M. Kornmesser

      当任何东西从外面进入黑洞的视界时,那就立即注定了。不可避免的是在短短几秒钟内,它就会发现自己遇到了黑洞中心的奇点:一个非旋转黑洞的单点,一个旋转的环。黑洞本身将没有任何粒子落下的记忆,也没有量子态的记忆。相反所有这些将保持信息是黑洞的总质量,电荷和角动量。

      黑洞合并过程中,物质能逃脱黑洞视界吗?

      在最后的合并阶段,黑洞周围的时空会被扭曲,因为物质继续从周围环境中进入黑洞。在任何时候,任何事物都不会有机会从一个事件视界的外面逃脱。图片版权:NASA/Ames Research Center/C. Henze

      因此当一个黑洞即将与另一个黑洞结合时,可能会设想一个场景,在最后的合并阶段,物质落入黑洞。由于黑洞总是被期望有吸积盘,在整个星际空间中,有物质简单地穿过,应该一直有粒子穿越视界。这部分是显而易见的,因此,在合并前的最后时刻,考虑一个刚刚进入事件视界的粒子是有意义的。

      它能逃脱吗?它能从一个黑洞“跳跃”到另一个黑洞吗?让我们从时空的角度来研究一下这种情况。

      黑洞合并过程中,物质能逃脱黑洞视界吗?

      计算机模拟了两个合并黑洞和它们造成的时空扭曲。当引力波大量释放时,物质本身并没有被期望逃脱。图片:Werner Benger, cc by-sa 4.0

      当两个黑洞合并时,它们只有经过长时间的吸入,能量通过引力波被辐射出去。在最后的合并前的时刻,能量被辐射出去了。但这并不会导致黑洞的视界缩小;相反这种能量来自于中心区域的时空,变得越来越严重。这和你偷取水星上的能量是一样的,它的轨道离太阳更近,但没有汞或太阳的性质需要改变。

      然而当合并的最后时刻发生在我们身上时,两个黑洞的视界就会因彼此的引力而变形。幸运的是,数字相对主义者已经精确地计算出这次合并是如何影响事件视界的,而且它的信息量非常大。

      尽管在黑洞总合并前质量的约5%可以以引力波的形式发射出去,但你会注意到视界永远不会缩小;它们只是增加了一个连接,扭曲了一点,然后增加了总容量。最后一点很重要:如果有两个相等质量的黑洞,它们的视界就会在空间中占据一定的体积。如果把它们合并成一个单一的黑洞,它的质量是两份原件的两倍,那么事件视界所占的体积现在是合并黑洞体积的四倍。黑洞的质量与半径成正比,但体积与半径的立方成正比。

      黑洞合并过程中,物质能逃脱黑洞视界吗?

      虽然我们发现了许多黑洞,但要注意的是每个黑洞的视界半径与它的质量成正比。质量加倍,半径加倍,但这意味着面积增加四倍,体积增加八倍!图片版权:LIGO/Caltech/Sonoma State (Aurore Simonnet)

      事实证明即使把一个粒子保持在一个黑洞内尽可能接近于静止,并使它尽可能慢地朝奇点处下落,它也没有办法离开。在黑洞合并过程中,混合事件视界的总体积在上升,而不是下降,无论一个事件-水平穿越粒子的轨迹是什么,它永远注定被两个黑洞共同的奇点吞噬。

      在天体物理学的许多碰撞场景中,有一个喷出物,它从一个物体的内部逸出,发生在一个灾难性的事件中。但在合并黑洞的情况下内部的一切也都还是在内部,外面的大部分都被吸进去了。


      知识:科学无国界,博科园-科学科普

      作者:Ethan Siegel(天体物理学家)

      来自:Forbes science

      编译:光量子

      审校:博科园

    • 生成海报
    • Lv.25天狼星B
      VIP6博科园 VIP
      拉格朗日
      [s-4]

      浩瀚天宇,总能让我的思绪去更远的地方~

      回复

      请登录之后再进行评论

      登录

      邀请好友加入【博科园】有奖励啦♪

    • 实时动态
    • 任务
    • 偏好设置(换皮肤)
    • 到底部
    • 帖子间隔 侧栏位置:
      关闭窗口
      下载海报