[科普中國]-恒星質(zhì)量黑洞

屬性

根據(jù)廣義相對論，可以存在任何質(zhì)量的黑洞。質(zhì)量越少，形成黑洞所需的密度就越高（史瓦西半徑）。直至目前為止，還沒有發(fā)現(xiàn)任何可以制造少于1太陽質(zhì)量的黑洞方法。但如果它們存在，它們極有可能是微黑洞。

恒星的引力坍塌是一個形成黑洞的自然過程。當(dāng)恒星壽終正寢時，即所有能量耗盡后，引力坍塌是無可避免的事態(tài)。如果恒星的坍塌質(zhì)量低于臨介值時，將會生成白矮星或中子星的致密星。這些星體擁有最大的質(zhì)量，所以，如果致密星的質(zhì)量超過此臨介值時，引力坍塌會繼續(xù)，然后突變?yōu)橹亓μ纬珊诙?。雖然還沒證實到中子星的最大質(zhì)量，但估計也有3倍太陽質(zhì)量。直至目前為止，質(zhì)量最小的黑洞大約有3.8倍太陽質(zhì)量。1

另外，也有觀察證據(jù)證明有兩種質(zhì)量比恒星黑洞更大的黑洞，它們是中介質(zhì)量黑洞（位于球狀星團的中心）和超重黑洞（位于銀河系和活動星系核的中心）。

一個黑洞最多只能擁有以下三個特性：質(zhì)量、電荷和角動量（旋轉(zhuǎn)）。所有自然生成的黑洞都會旋轉(zhuǎn)，但并沒有確實觀察旋轉(zhuǎn)狀況。恒星黑洞的旋轉(zhuǎn)是因為恒星的角動量守恒而造成的。

X射線致密雙星系統(tǒng)當(dāng)物質(zhì)從黑洞的伴星轉(zhuǎn)移至黑洞時，在雙星系統(tǒng)中的黑洞是可以觀測到的。掉落至致密伴星的質(zhì)量釋放出的能量非常巨大，這使得物質(zhì)的溫度升高至數(shù)億度的溫度。因此可以用X射線觀察黑洞，而伴星可以用光學(xué)望遠鏡觀測。從黑洞和中子星釋放出來的能量有相同的數(shù)量級，使黑洞和中子星經(jīng)常難以區(qū)分。

但是，中子星還有其他的特性。它們自轉(zhuǎn)不同，并且有磁場和呈現(xiàn)局部的爆炸現(xiàn)象（熱核爆炸）。每當(dāng)觀測到這些特性，就可以判斷致密雙星的伴星是中子星。

推導(dǎo)出的質(zhì)量來自對致密X射線源的觀測（結(jié)合X射線和可見光波段的數(shù)據(jù)），所有被辨認出為中子星的質(zhì)量都在3-5倍的太陽質(zhì)量，致密伴星的質(zhì)量在5倍太陽質(zhì)量以上的系統(tǒng)都未顯露出中子星的特征。結(jié)合這些事實，致密伴星的質(zhì)量在5倍太陽質(zhì)量以上的很可能是黑洞。

值得注意的是，黑洞存在的證據(jù)不僅是從地球上觀測到的，也來自理論：在如此的雙星系統(tǒng)中，除了黑洞之外，沒有任何天體可以做為這個致密天體的伴星。如果能直接觀察到一個微粒（或氣體云）墜落進入黑洞的軌道，就可以直接證明黑洞的存在。

恒星質(zhì)量黑洞的候選體我們的銀河系內(nèi)有一些恒星質(zhì)量黑洞的候選者(BHCs)，它們比銀河中心區(qū)的大質(zhì)量黑洞更靠近我們。這些候選體都是X射線聯(lián)星系統(tǒng)，致密伴星經(jīng)由吸積盤從它的伴星獲得質(zhì)量。這些可能是黑洞的天體質(zhì)量為3倍至12倍太陽質(zhì)量。23

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