太阳质量|最大恒星也干不过最小黑洞,黑洞大小通吃,到底赢在哪里?

看过我文章的朋友 , 都知道了黑洞是宇宙中的顶级天体 , 通吃一切其他天体 , 再小的黑洞 , 也能吞掉最大的恒星;而再大的恒星遇到最小的黑洞 , 也一点办法都没有 , 只有被吃掉的命运 。
虽然就这个问题我已经作过不止一次的解释 , 但还有很多朋友闹不明白 。 大概是我的解释太过理论化了吧 , 今天我们就更通俗地来探讨一下这个问题 , 看看能不能把它说清楚 。

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宇宙中任何物质都受万有引力约束
万有引力是牛顿最伟大的发现之一 , 是人类对存在这个世界的四种基本力认知最早的一种力 。 牛顿创立的万有引力 , 开始让人类对宇宙天体运行有了科学理解 。 这种力存在于宇宙每个角落 , 只要有质量存在 , 引力就会出现 。

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万有引力公式为:F=GMm/r^2 。 这里的F表示引力大小 , 单位为N(牛顿);G为引力常量 , 取值6.67*10^-11N·m^2 /kg^2;M和m是引力相互作用的两个大小物体 , 单位kg(千克);r为引力相互作用物体质点之间的距离 , 单位m(米) 。
这个公式说明 , 万有引力的大小是与质量成正比的 , 与距离平方成反比的 。 也就是说 , 质量越大的物体 , 引力就越大;但随着质点之间距离拉大 , 引力衰减得很快 , 呈指数级衰减 。
请各位注意 , 这里面最大的秘密就在距离 , 黑洞成功的秘诀就赢在表面到核心的距离上 。

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黑洞是表面距离中心质点最近的天体
我们知道了万有引力的性质 , 就能够理解为什么黑洞引力是非常极端 , 无限大的了 。 就是因为黑洞已经被压缩到很小很小 , 不管多大质量的天体 , 只要变成黑洞 , 就会被压缩成一个无限小的奇点 , 而在这个奇点周围 , 形成一个与质量成正比对称的球状空间 , 在这个空间里 , 时空曲率达到无限大 , 任何物质多快逃逸速度无法逃脱 , 因为要求逃逸速度达到光速以上 。

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人们把这个球状空间称为史瓦西半径 , 这是任何物体都具有的一个临界点 。 之所以叫这个名称 , 是因为这个理论是由德国天文学家卡尔·史瓦西创立的 , 是他根据爱因斯坦广义相对论的场论 , 于1916年发现并得到的一个重力场精确解 。

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史瓦西半径有多大呢?史瓦西给出了一个计算公式 , 表述为:R=2GM/C^2 。 这里的R代表史瓦西半径大小 , G为引力常量 , M为物体质量 , C为光速 。 根据这个公式 , 就可以计算出小到一个原子 , 大到任何质量天体的史瓦西半径 。
任何物体只要缩小到自己的史瓦西半径里面 , 都会无可奈何地成为一个黑洞 。 因此史瓦西半径是任何物体压缩到顶点的最终结局 , 也就是说被压缩到史瓦西半径的物体 , 表面就是距离核心质点最近的了 , 没有之一 。

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按照史瓦西半径公式计算太阳的史瓦西半径 , 只有2952m , 而地球的史瓦西半径只有0.9厘米 。 想一想 , 现在的太阳和地球有多大?变成史瓦西版今后有多大?根据万有引力定律 , 引力大小与距离平方成反比 , 表面引力有可比性吗?

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黑洞史瓦西半径表面 , 就是那个能看见和不能看见的临界点处 , 又叫黑洞事件视界 , 距离核心质点的距离是所有天体里最近的 , 没有任何天体可以这么近 , 因此不管其他天体质量多大 , 都会被黑洞无限大引力所吞噬 。

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同质量天体体积越小 , 表面引力越大
比如太阳质量约2*10^30kg , 半径约70万km , 如果有一个和太阳质量一样的天体 , 但半径只有35万千米 , 那么后者表面引力就比太阳大多了 , 如果太阳靠近这个天体 , 就会被这个天体所吸积(就是会吸取太阳表面物质) 。
我们来计算一下这两种天体的表面引力和逃逸速度 。 根据万有引力定律 , 可计算出太阳表面引力约272N , 比太阳半径小一倍的天体表面引力为380N;根据逃逸速度公式v=√(2GM/R)计算 , 太阳表面逃逸速度约617km/s , 而后者表面逃逸速度约873km/s 。

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白矮星是太阳质量左右恒星死亡后留下的极端致密残骸 , 体积只有地球大小 , 却有0.5倍~1.4倍太阳质量;中子星是大质量恒星死亡后留下的更极端致密残骸 , 只有10km左右半径 , 却有太阳1.44倍~3倍质量;而一个3倍太阳质量的黑洞 , 其史瓦西半径只有不到9000米 。

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由此我们可以看出 , 这些天体一个比一个极端 , 就是因为它们的表面距离核心质点越来越近 , 白矮星就可以吃掉任何恒星 , 而中子星可以吃掉白矮星 , 黑洞可以吃掉中子星 。
这里要说明的是 , 白矮星和中子星都有质量上限 , 它们吃饱了喝足了就会撑破自己肚子 , 继续坍缩成更致密的天体 , 最终就是黑洞 。

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最小黑洞与最大恒星的较量
在宇宙中 , 已知最小的黑洞都在3倍太阳质量以上 , 因此科学家现在的共识是 , 除了宇宙大爆炸初期 , 有一些很小的原初黑洞(至今没有发现) , 现在恒星形成的黑洞最小都在太阳质量3倍以上 。

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我们现在就用一颗3倍太阳质量黑洞来与已知最大质量恒星比较 。 原先以为最大质量的恒星叫r136a1 , 其质量为太阳的265倍 , 后来进一步研究认定其质量只有太阳的215倍 , 有一颗恒星BAT99-98 , 质量为太阳的226倍 , 这样r136a1就只能屈居第二了 。

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【太阳质量|最大恒星也干不过最小黑洞,黑洞大小通吃,到底赢在哪里?】老大老二这两颗恒星都坐落在距离我们16万光年的大麦哲伦星系中 , 但老大资料欠缺 , 没找到半径多大 , 因此这里就还是以r136a1来比较吧 。 r136a1半径为太阳的39.2倍 , 也就是约274万km 。 根据万有引力公式计算 , 其表面引力约为696N;根据逃逸速度公式计算 , 其表面逃逸速度为312km/s 。

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而黑洞的表面(事件视界处)引力是质量越小越极端 , 所有黑洞表面逃逸速度均为光速(约30万km/s) 。 所以当r136a1表面靠近黑洞表面时 , 不管这个黑洞大小 , 它都无法逃脱被撕碎和吞噬吃掉的命运 。

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只有在r136a1全部质量 , 都坍缩到自己的临界点以内 , 也就是r136a1半径只有645km以内时 , 才能与黑洞抗衡 。 当然 , 这个时候 , 它自己也成了黑洞 , 它们在一起就是黑吃黑的问题了 。

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黑洞之间的碰撞和融合惊天动地 , 会激发出宇宙顶级杀手~伽马射线暴 , 气化附近的一切 。 据说宇宙中90%以上的生命和文明 , 就是被伽马射线暴定期或不定期清理掉了 , 以至于到现在人类还是孤零零的 , 没有找到一个知音 。
不知道我这样是否说清楚了 , 大家还有什么疑问 , 欢迎评论留言探讨 。 感谢网友们一直以来的支持关注和点赞 , 谢谢啦 。
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