Astronomy 版 (精华区)

发信人: reise (旅行), 信区: Astronomy
标  题: 第八章　31处
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年10月26日08:20:29 星期天), 站内信件


    没有引力的物理会是个什么样子呢？

    　　　　　　　　　　　　　　　　--爱因斯坦（ 1950）

    白矮星和黑矮星。中子星和脉冲星，都是恒星的残骸，都还不算太捣乱，黑洞
呢？米切尔和拉普拉斯猜想到巨大的不可见恒星可能存在，但他们既不知道这种星
形成的机制，也没有考虑到太阳质量的黑洞。他们没有后来才发展起来的量子力学
和广义相对论的知识。

    黑洞作为引力坍缩的一种可能结果而重新出现是在1939年，那时美国物理学家
罗伯特·奥本海默（他已为中子星理论作出了贡献）和哈特兰·施奈德（Hartland
 Snyder）在用广义相对论方程研究一种球对称和没有内压强的简化"模型星"的坍
缩。他们发现，在一定情况下引力是如此之强，以至于不可能有稳定的中子星形成
。没有任何力量能够阻挡星体的坍缩，直至成为一个体积为零密度为无限大的"点
"。远在达到这种状态之前，收缩的恒星就停止了与外部世界的一切通讯。

    关于恒星黑洞存在的理论预言因而建立在以下三个要点上：

    1．自然界没有任何力能够支撑3M以上质量的"冷"物质，即已经停止热核反应
的物质。

    2许多已观测到的热恒星的质量远远超过3M

    3，大质量恒星消耗其核燃料并经历引力坍缩的时间尺度是几百万年，所以这
样的过程已经在已有1优化年以上高龄的银河系里发生。

    上述论证的弱点是假定大质量恒星能产生出一个质量超过中子星稳定限度的简
并核心--唯有它坍缩。已知最大的恒星质量达到10M（现在的纪录保持者是一颗称
为HD698的恒星，其质量为113M人另一方面，所有恒星在演化过程中都以星风形式
丢失一部分质量。对太阳和其他不很大的恒星来说，这种丢失在主序阶段是很小的
，质量抛射主要以行星状星云的形式发生在核演化的末期。然而，有很好的理由认
为，很大的恒星从诞生开始就抛射大量物质。我们对这个问题现有的理论和观测知
识都还不足以得出确定的结论，甚至也还不能排除这样一种极端的假设，即无论恒
星的初始质量有多大，星风造成的质量损失总能使其质量减小到3M以下，如果是这
样，超新星中黑洞的形成就根本不可能了。

    但是，如在第4篇中将会看到的，我们相信质量为几个M＆的黑洞已经在一些X
射线源中被确实探测到了。以我们目前的知识，更合理的看法是，所有母体星质量
为l（k──100。的超新星将要么产生中子星，要么产生黑洞。由高效计算机计算
的关于超新星爆发的精细模型表明，有两种可能形成黑洞的情况。

    1．当简并核心的质量大于中子星稳定限度时，坍缩将直接导致黑洞形成，但
是不知道是否伴随有物质的喷射（恒星外层不像中子星的情况那样从坚硬核上反弹
）。

    2．当核心质量小于临界值而抛射的质量又很小时，首先是形成中子星，但是
它不能支撑外层的重量，于是再坍缩成黑洞。

    除了这两种超新星中几倍Mpe量的黑洞形成的可能性外，还有一种在长时间中
分阶段进行的可能性。首先有一个由超新星形成的中子星，接着的一个很长阶段是
中子星捕获物质并堆积在其表面上（最有利的情况显然是在双星系统中），直到总
质量超过稳定限度。这种机制与白矮星转变成中子星相似，要使它行得通，还要求
堆积的气体不会像新星那样被星体表面的核反应炸散。

    总之，在恒星演化的旅途上，黑洞的出现标志着引力在恒星一生中的控制作用
取得了最后胜利（见附录对，但远非于此，引力还支配着宇宙中物质所有更大的集
会形式。我们在后面将看到，一个密集星团的演化也会导致其核心的收缩，并形成
质量不再只是几个M，而是上千、上百万、甚至上十亿M的黑洞。我们还将看到，黑
洞可以由吸取物质而增大，可以从一个矮星变成巨星，变成米切尔和拉普拉斯所想
象的那种不可见星；另一方面，又有很小的黑洞，它们太轻了，不能由自身重力下
的均缩而形成，而是由只有早期宇宙才能产生的巨大外部压力挤压而叽

    黑洞是一种奇怪的残骸，它一旦形成，就不再是"死"的，而是注定有一个满是
"大吵大闹"的新生命。本书的后一半将细说其详。

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