黑洞到底是怎么形成的?(黑洞的密度有多大?)

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严格来讲,这个问题的说法并不十分准确。

黑洞的无限密度仅指黑洞中心的奇点。

黑洞密度无限大,那么黑洞到底由什么元素组成?

人们所说的黑洞,通常是指黑洞的史瓦西半径。

黑洞中心的奇点确实无限小,但史瓦西半径有并不是无限小。

该半径与质量成正比。质量越大,史瓦西半径越大。

黑洞密度无限大,那么黑洞到底由什么元素组成?

具体公式为:R=2GM/C²

其中,R:史瓦西半径,G:万有引力常数(6.67×10^-11N·m²/kg²),M质量,C光速。

不过黑洞所有质量确实都集中在奇点上。

奇点无限小,我们无法识别的无限小。即使这个黑洞的质量只有1千克,它的密度也是无限的,因为无限小的体积的密度是无法测量的。

黑洞密度无限大,那么黑洞到底由什么元素组成?

由于物质的体积非常小,我们所知道的任何元素都不存在。

所有物质是由原子组成的,元素也不例外。

人类能认知的最小单位是普朗克长度,即 1.6×10^-35 米。电子的直径为10^-15米,普朗克长度比电子小20个数量级。

在量子世界,小于普朗克长度没有任何意义。

不过奇点却是无限小,甚至比这个还要小,而且小了很多。

而黑洞的全部质量都集中在奇点,任何现有理论都无法描述为何会这样。

即使是白矮星,它的物质也不是由已知的元素组成的。

我们的太阳终极命运就是白矮星。质量超过太阳质量0.5至8倍的恒星,死后成为白矮星。

黑洞密度无限大,那么黑洞到底由什么元素组成?

白矮星上的物质密度非常高。原子被彻底压扁。核心外电子变成了自由电子,但它们基本上保持原子状态。它们依靠电子简并压来支撑引力压力,因此也称为电子简并态物质。

什么是电子简并?根据泡利不相容原理,在由费米子组成的系统中,两个或多个粒子不可能处于完全相同的状态。

这样,电子之间就形成了不相容的压差,就不会继续坍缩下去。

白矮星的密度为每立方厘米 1 到 10 吨,比我们已知的任何元素密度都要高。

这种致密物质行星的引力非常强,普通的天体都会被拉扯撕裂。

白矮星会不断吞噬周围的天体,即吸积物,当质量达到太阳的1.44倍的钱德拉塞卡极限时,电子简并压力再也无法承受天体的压力,而它将继续坍缩 , 结果就会导致超新星爆发。

白矮星坍缩下去大概率会成为中子星。

所以说,钱德拉塞卡极限是白矮星的上限,同时也是中子星下限。

中子星的压力压碎了原子。电子被压入原子核并与质子中和成为中子。星球就变成了一个超级中子核。

中子星非常小,半径是太阳质量的1.44倍以上,只有10公里大小,所以物质更加极端和致密,密度约为每立方厘米10亿吨。

中子星依靠中子简并压力来支撑巨大的引力压力,但还有一个奥本海默极限,相信很多人听说过,即当达到这个极限(3个太阳质量),就会坍缩成一个黑洞。

大质量恒星的超新星爆炸后,可以直接成为中子星,甚至黑洞。

通常情况下,质量超过太阳质量8倍的恒星超新星爆炸后会留下中子星,质量为太阳30-40倍的恒星会留下黑洞。

中子星的质量低于太阳质量的3倍,而质量为太阳40倍的恒星通常会产生一个质量仅为太阳质量4倍左右的黑洞。

大质量恒星走向死亡的过程中,都是从氢核聚变开始,不断进行核聚变,聚变到铁元素就无法继续下去了。

在超新星爆发之前,恒星的中心是一个铁核。

到了铁元素的层次,就完蛋了。

因为铁是最稳定的元素。无论是核裂变还是核聚变,都不会产生能量,而会消耗更多能量。

因此,如此大质量恒星核心的核聚变无法再进行。

恒星的稳定性取决于中心核聚变的辐射压力和质量带来的引力压力之间的平衡。在没有核聚变辐射压力的情况下,恒星的引力压力使物质急剧坍缩到核心,导致核心和热核心的坍塌。因此引发了巨大的能量爆发。

黑洞密度无限大,那么黑洞到底由什么元素组成?

这就是所谓的超新星爆炸。爆炸之后,会形成中子星或黑洞。

超新星爆炸的能量是巨大的。一次超新星爆炸至少相当于太阳生命 100 亿年的总辐射能量。

超新星爆发瞬间的温度达到10到1000亿度。

在如此巨大的能量、高温、高压下,任何物质都可以产生出来,铁核也会瞬间融合成更重元素。

黑洞密度无限大,那么黑洞到底由什么元素组成?

在宇宙的早期,只有氢、氦等元素存在。恒星核聚变和超新星爆发逐渐增加了我们这个世界的元素。

而现在在宇宙中,人类已经发现了118种元素。其中重元素都是通过核聚变和超新星爆发衍生出来的。

在人类已知元素有118种,金属锇的密度最大,22.8克每立方厘米。

而白矮星的物质密度达到10吨左右每立方厘米,中子星的物质密度达到10亿吨每立方厘米!

人们一直元素的密度与中子星白矮星的密度完全不是一个等级!

科幻小说《三体》中的水滴,相当于一颗中子星的密度,光滑得连原子都难以鼓起。

虽然我们目前看不到这种物质,但它仍然在我们的理论知识范围内。

而黑洞的奇点不再是被中子压碎的简单问题,完全超出了人们的认知,甚至可能不是我们时空的东西。

黑洞中心奇点到底是什么样的物质?问题本身很可能隐藏着终极宇宙奥秘!

以上就是[黑洞到底是怎么形成的?(黑洞的密度有多大?)]的相关内容

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