為什么有些恒星會(huì)變成黑洞？

這個(gè)答案包括了引力和恒星內(nèi)部的熱壓力。這兩個(gè)力互相對(duì)抗恒星的引力作用于恒星表面的一大塊物質(zhì)，會(huì)導(dǎo)致物質(zhì)向內(nèi)下落。但恒星內(nèi)部的熱壓力，作用于恒星表面，會(huì)導(dǎo)致物質(zhì)向外飛。當(dāng)兩者平衡時(shí)(即恒星將保持它的大小:既不坍縮也不膨脹。這就是目前太陽(yáng)的情況，甚至是地球的情況。)

恒星（太陽(yáng)）演化到晚期時(shí)，其中心區(qū)域聚變能量不足，致使熱壓力不足以抵御恒星自身引力的作用，從而發(fā)生引力坍縮。

一般來說，恒星的引力坍縮的結(jié)果是形成一顆致密星，比如白矮星、中子星、黑洞。對(duì)于質(zhì)量小于太陽(yáng)質(zhì)量1.3倍的星體，泡利不相容原理引起的電子簡(jiǎn)并壓力支撐自身重量，形成白矮星。質(zhì)量在太陽(yáng)質(zhì)量1.3-3.2倍之間的星體，中子簡(jiǎn)并壓力支撐自身重量，形成中子星。質(zhì)量大于太陽(yáng)質(zhì)量3.2倍的星體，沒有任何結(jié)構(gòu)可以支撐其自身的重量，它們將坍縮為黑洞。 有些引力坍縮還伴有大量的能量釋放和物質(zhì)的拋射。例如，超新星爆發(fā)時(shí)，中心部分會(huì)坍縮形成致密星，而外部則被拋射到空間，形成超新星遺跡，整個(gè)過程釋放大量的能量。

因此，這顆恒星最終是否能成為一個(gè)黑洞。它僅僅取決于當(dāng)另一個(gè)壓力源（不是由常壓熱產(chǎn)生的）變得足夠強(qiáng)大以至于平衡向內(nèi)的重力時(shí)，坍塌是否以較小的尺寸停止。除了熱氣產(chǎn)生的壓力外，還有其他形式的壓力。把你的手按在桌面上會(huì)讓你感受到其他的壓力---桌面會(huì)向上推你，實(shí)際上它可以支撐你的重量（引力）！使書桌對(duì)你的體重保持剛性的壓力是由書桌中原子間的作用力造成的。

此外，原子內(nèi)部的電子必須相互避免(例如，它們不可能都在同一個(gè)原子的“軌道”上——這被稱為“不相容原理”)。因此，如果我們有一個(gè)自由運(yùn)動(dòng)的電子的集合，它們也會(huì)互相避開:你越用力壓縮這個(gè)集合(它們被限制的體積越小)，它們就越反抗這種擠壓——一電子簡(jiǎn)并壓力

這種“電子規(guī)避”壓力只有在恒星被重力壓縮到地球直徑時(shí)，才會(huì)變得足夠強(qiáng)大，與太陽(yáng)質(zhì)量相當(dāng)?shù)暮阈莾?nèi)部的引力相抗衡。因此，像太陽(yáng)這么大的恒星在坍縮到地球那么大時(shí)，可以避免成為黑洞，內(nèi)部的“電子躲避”壓力(稱為“簡(jiǎn)并電子壓力”)變得足夠強(qiáng)大，足以支撐起恒星。這種壓力并不取決于恒星的能量——即使恒星繼續(xù)從表面失去能量，這種壓力也會(huì)繼續(xù)支撐恒星。因此我們的太陽(yáng)永遠(yuǎn)不會(huì)變成黑洞。

然而，如果這顆恒星的質(zhì)量大于太陽(yáng)質(zhì)量的3到5倍，它的引力就會(huì)更大，它內(nèi)部的簡(jiǎn)并電子壓力將永遠(yuǎn)不足以阻止它的坍塌。原來,中子也可以遵守不相容原理并且中子會(huì)產(chǎn)生豐富的大質(zhì)量恒星坍塌時(shí),但甚至是中子簡(jiǎn)并也不能阻止大質(zhì)量恒星的崩塌——超過3到5倍太陽(yáng)質(zhì)量的恒星就不會(huì)停止崩塌。根據(jù)當(dāng)前的思維，它將會(huì)成為一個(gè)黑洞。

黑洞也有壽命嗎？

你可能知道，任何落入黑洞的物體都出不來。然而，在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，物質(zhì)粒子會(huì)“泄漏”出黑洞。所以，即使宇宙中的所有物體最終都進(jìn)入黑洞，在很長(zhǎng)很長(zhǎng)一段時(shí)間后，這些黑洞會(huì)逐漸失去它們的物質(zhì)，而這些物質(zhì)會(huì)以一種稀薄的粒子氣體的形式擴(kuò)散到宇宙各處。

黑洞失去物質(zhì)的過程被稱為霍金輻射，以斯蒂芬·霍金的名字命名，霍金是第一個(gè)發(fā)現(xiàn)黑洞霍金輻射的人。這種情況是很復(fù)雜的?？创@個(gè)復(fù)雜的過程的一種方法是使用“虛擬粒子”的概念。任何時(shí)候，粒子-反粒子對(duì)都在任何位置出現(xiàn)或消失，即使是在黑洞的視界(“逃脫的臨界點(diǎn)”)附近。這些成對(duì)存在的時(shí)間很短，短到我們無(wú)法準(zhǔn)確地測(cè)量它們的質(zhì)量，甚至無(wú)法知道它們的存在(然而，我們確實(shí)通過它們?cè)斐傻钠渌绊懼浪鼈兊拇嬖?。但是，對(duì)于黑洞附近的一對(duì)粒子來說，其中一個(gè)粒子可能會(huì)落入黑洞，而另一個(gè)粒子則沒有伙伴；留下的粒子不能很快被湮滅(這是正常情況下發(fā)生的)。

因此，留在身后的孤獨(dú)粒子發(fā)現(xiàn)自己不再是“虛擬的”，而是“真實(shí)的”，就像你身體里的任何粒子一樣。自從這個(gè)粒子是真實(shí)的，它包含了一定的質(zhì)量，而這個(gè)質(zhì)量是由黑洞的能量提供的(通過黑洞的重力):現(xiàn)在真實(shí)的粒子存在是因?yàn)樗鼜暮诙粗蝎@得了質(zhì)量。因此，質(zhì)量以新粒子的形式逐漸離開黑洞，出現(xiàn)在黑洞外面。黑洞失去質(zhì)量的過程非常緩慢(至少對(duì)于由恒星構(gòu)成的大質(zhì)量黑洞來說)，因此一個(gè)典型的黑洞最終消失所需要的時(shí)間非常長(zhǎng)。(對(duì)于質(zhì)量等于太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞，整個(gè)過程大約需要10^⁶⁶年，或者說1后面有66個(gè)零。)

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參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學(xué)名詞

3.原文來自：

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