超新星、黑洞,与30岁迄今最年轻黑洞的发现

   日期:2019-09-21     来源:科学网    作者:吴中祥    浏览:1756    评论:0    
核心提示:超新星、黑洞,与30岁迄今最年轻黑洞的发现据美国宇航局网站报道,美国东部时间11月15日下午12点30分(北京时间11月16日凌晨1点30
超新星、黑洞,与30岁迄今最年轻黑洞的发现

据美国宇航局网站报道,美国东部时间11月15日下午12点30分(北京时间11月16日凌晨1点30分),美国宇航局宣称,科学家通过美国宇航局钱德拉X射线望远镜在距地球5000万光年处发现迄今最年轻的黑洞,这个黑洞仅诞生30年,它对于人们研究黑洞婴儿阶段提供了独一无二的机会。

超新星SN 1979C是1979年由一位业余天文学家首次观测发现。它位于大约距离地球5000万光年的M100旋涡星系。
科学家认为SN 1979C是由一颗质量为太阳20多倍的恒星坍塌后形成的。

但是,从1995至2007年的12年间,钱德拉望远镜,美国雨燕卫星、欧洲宇航局牛顿X射线天文望远镜(XMM-Newton)以及德国伦琴卫星观测到的数据都显示这里的一个明亮射线源,一直在稳定地发射X射线。
2005年,一项理论研究报告显示,超新星SN 1979C的明亮光线的能量来源于一个黑洞的喷射流,该黑洞喷射流不能穿透恒星的氢气包裹层形成伽马射线暴。
通过对这种情况的观测,以及对X射线光谱和能量的分析,科学家认为SN1979C内,实际上,在爆发时已有一个黑洞,其正不断吸收这颗超新星以及伴星落下的物质。
科学家推断这个年轻黑洞的成长是超新星SN 1979C或者一个双星系统提供“营养成份”。
领导这项研究的美国哈佛-史密森天体物理学研究中心的丹尼尔-帕特诺德(Daniel Patnaude)说:“如果我们的解释是正确的,这将是迄今为止观测到的距离地球最近的新生黑洞!”。

所谓“超新星” 英文名为supernova,也称:nova。
根据现在的认识,在大质量的恒星,如质量相当于太阳质量的8~20倍的恒星演化的后期,当它耗尽所有可用的燃料,就失去一直抵抗自身引力的压力,其核心就坍缩成为毫无生气的超致密残骸,一颗中子星或者黑洞,外侧的气体包层则以5%的光速抛射出去。
由于质量巨大,“星核”和“星壳”彻底分离时,常会伴随着一次发射大量核子和光子大爆炸。这种爆炸就是超新星爆发。

各种超新星爆发的机理,是依其爆发前的成分、质量大小、原始状态等的不同,而有不同的机理,和变化规律,并产生不同的中心和外围结果。

超新星爆发时,可见光的光度很大,绝对光度可超过太阳光度的100亿倍、新星爆发时光度的10万倍。中心温度可达100亿摄氏度,输出的能量可高达(10)^43焦耳,这几乎相当于我们的太阳在它长达100亿年的主序星阶段输出能量的总和。抛射物质的速度可达10000千米/秒,光度最大时超新星的直径可大到相当于太阳系的直径。
随后,会逐渐按光变曲线衰减,而演变为各相应的星云。

所谓“黑洞”
人们能观察到物体是凭借眼睛接收到由该物体发出或反射的可见光。否则,就看不到该物体。
一切物体都有运动质量,相互间都有引力作用。当光子受某物体(大质量的粒子团) 的引力做功,使其从距该物体质量中心r处,飞离到r’处,已耗尽其全部动能,不能继续逃离,则r’就是该光子在r处对该物体的“事界”(对于实物粒子,也有类似的“事界”),也就是该光子能逃离该“物体”质量中心的最远距离。显然,它是该物体的折合质量、该光子(或实物粒子)所在位置r和动能的函数。
此处,已将“事界”扩展定义为给定动能及其所在位置的光子(类似地,扩展为,或实物粒子){b}逃离该物体质量中心{c}的最远距离。对于一定质量的物体,不同动能的光子(或实物粒子)会有不同的“事界”。
当“事界”大到超过由该物体质量中心{c}到观察者的距离,观察者就还能看见该事件就不成其为“事界”。
因而,只有质量足够大且密集的粒子团,才能有观察者看不见光子的相应“事界”。
在计算引力时,必须注意:
(1)由于光子是高速(其3维空间速度与光子的相比,不可忽略)运动,必
须采用相应的4维时空矢量。
(2) 由于引力作用下,必须考虑时空的弯曲特性,按曲线坐标或用相应的时空可变系矢量作相应的微分、积分项计算。
当波长最短(亦即动能最大)的可见光光子也不能继续逃离该物体,人们就看不到该物体。而该物体就是所谓“黑洞”。
由于光被“黑洞”的“事界”所限止,人们看不见“黑洞”。
但仍可由其周围运动物体的运动情况,分析其所受引力的情况,即所谓“引力透镜”而判断“黑洞”的存在,并分析、估计其质量的大小。
而且,因为黑洞很不均匀,某些局部会因高温、高压、高密度状态,而发生强辐射,甚至核反应,而产生的高能量粒子、辐射(光子)就可能逃出其视界之外,而能发现其存在。
特别是,有哈勃太空望远镜、钱德拉X射线望远镜、各种射电望远镜,和NASA的“雨燕号”(Swift)卫星,等设备的观测、分析:
现在已经观测、发现到了很多不同的大大小小的黑洞

通常是在观察到突然发现的伽玛射线暴(GRBs),而发现新的黑洞,
然而SN 1979C的发现与通常的黑洞截然不同,它与伽马射线暴无关。它形成于恒星内核崩溃、未产生伽马射线暴的时期。因而判断它们属于超新星类型, 

只是从1995至2007年的12年间,观测到那里一直在稳定地发射X射线,并分析得出:超新星SN 1979C的明亮光线的能量实际上是一个黑洞的喷射流,该黑洞喷射流不能穿透恒星的氢气包裹层形成伽马射线暴。
才判定,实际上,它已有一个新生的黑洞,该黑洞至今已30岁。而且,该黑洞大约距离地球5000万光年,是迄今发现的距离地球最近的黑洞。


 
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