施庆丰释疑常见时空问题(十八)
1.黑洞喷流是什么?
答:黑洞吸积盘比较容易理解,它是在黑洞外围绕着黑洞高速运行的环带状的高温气体。黑洞喷流则是垂直于黑洞吸积盘平面向外喷发的锥柱状气流。
在2019年发布的视界望远镜拍摄的黑洞照片中黑洞吸积盘表现的非常靓丽,然而在这张照片中却没有发现黑洞喷流的影子,这主要是因为黑洞喷流的气体量远远不能和黑洞吸积盘的气体量相提并论,黑洞喷流只是黑洞吸积盘在旋转吸收过程中“飞溅”出来的“浪花”。
黑洞吸积盘中的气体在围绕黑洞高速旋转的过程中由于内部气体高度离子化而产生了强大的磁场,这个强大的磁场限制了黑洞喷流的运行方向,使黑洞喷流只能在垂直于黑洞吸积盘平面的方向上向外喷发。由于黑洞吸积盘旋转方向的原因,黑洞喷流主要在黑洞吸积盘的一侧喷发,另一侧喷发的主要是黑洞吸积盘中的气体因高温离子化而丢失的电子所形成的气流。
2.所有的黑洞都有吸积盘吗?
答:如果按照霍金的稳定黑洞模型来进行分析,黑洞吸收其外围气体的速度远远没有我们想象的那么快。这主要是因为黑洞在吸收其外围气体的时候不断地给所吸收的气体加速,最终让它所吸收的气体形成了稳定的吸积盘,黑洞吸积盘绕着黑洞运行就像地球绕着太阳运行一样稳定。
吸积盘在绕着黑洞运行的过程中其内部的气体当然会有一些跌入黑洞从而让黑洞的质量增加,黑洞的质量增加又会让黑洞对其外围的气体继续加速,从而又会有一些气体跌入黑洞。由于黑洞的质量增加速度相对来说极其缓慢,所以黑洞吸积盘的寿命也就极其漫长。M87星系已经存在上百亿年了,其中心黑洞的吸积盘仍然巨大而稳定。
有天体物理学家认为巨大恒星在耗尽自己的燃料之后会塌陷为一个小型黑洞,由于小型黑洞的引力范围小,对外围气体加速的能力弱,这样的黑洞在其外围不能形成传统意义上的明亮的吸积盘。
如果巨大恒星真的会演化为一个小型黑洞,上述推测是合理的。遗憾的是我在《时空》这本书中始终不认可巨大恒星能演化为小型黑洞,它充其量也只能演化为由多颗中子星而形成的中子多星系统。
3.所有星系中心的黑洞质量都还在增加吗?
答:在霍金的黑洞模型中黑洞是稳定的,由于黑洞对其外围物质的吸积,黑洞前期的质量是增加的。尽管宇宙中的星系已经产生了一百多亿年了,但星系中心的黑洞仍然处于吸积状态,其质量仍然是在增加着的。再经过若干亿年,黑洞的吸积期结束之后,黑洞蒸发将主导着黑洞的质量,黑洞将进入质量衰减期。
我在《时空》中提出了黑洞熵化理论,该理论认为星系中心的黑洞已经经过了质量增加的吸积期,现在正处在黑洞的质量衰减期,所以银河系、仙女座星系都在膨胀,所谓的银河系和仙女座星系正在相互靠近其实只是一种假象。当然,这里面还有更复杂的论证,在这里我就不再赘述了。
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