第176章 黑洞(一)(1 / 4)

做完《人类登月》,李水旺开始做视频《黑洞》:

黑洞是宇宙中最神秘且迷人的天体之一,它们是大质量恒星演化后的残骸,引力极强,连光都无法从中逃逸。尽管黑洞常被描绘成毁灭星球的 “刽子手”,但近期的科学推测表明,在特定条件下,黑洞或许能成为孕育生命的宇宙摇篮。实际上,在 “时间尽头的文明” 系列内容中,我们曾设想黑洞可能是宇宙末期后生物生命的最后避难所。但在如今的宇宙时代,让我们试想一颗围绕 “黑太阳” 运行的行星 —— 这颗行星在黑洞的引力与辐射环抱中繁荣存在,在那里,时间流逝速率异于常态,能量来源并非星光,而是源自黑洞自身极端的物理过程。这样的星球是否真的可能存在?在事件视界永恒的阴影之下,生命又会呈现出怎样的形态?

我们或许会问,这类行星是否普遍存在?答案令人惊讶 —— 确实可能存在。仅在我们的银河系中,这类行星的数量就可能多达数千颗,甚至数百万颗。

据估算,银河系中恒星数量介于 1000 亿到 4000 亿颗之间。具体数量取决于我们对 “恒星” 的定义,以及如何界定银河系的边界。这些恒星中,绝大多数比太阳亮度更低、质量更小,因此它们的寿命也远长于太阳。事实上,这些较小质量的恒星几乎都尚未走到生命尽头,也就无从成为恒星残骸。

并非所有恒星死亡后都会形成黑洞,实际上,能形成黑洞的恒星少之又少。在银河系中所有已死亡的恒星里,约有 100 亿颗被认为演化成了红巨星。这些红巨星最终会在行星状星云中抛射掉约一半的质量,剩馀的内核则坍缩成超高密度的白矮星。白矮星的质量通常约为其母星原始质量的一半,却被压缩到与地球大小相当的体积。

大多数白矮星源自质量大于太阳的恒星,因为质量较小的恒星寿命更长。因此,截至目前,只有那些质量与太阳相近或略小的古老恒星,才有足够的时间完成其生命周期。与之相反,质量大到足以以超新星爆发形式终结生命的恒星,寿命则要短得多。尽管这类恒星在所有已存在的恒星中占比不足 1,但它们的演化归宿却备受关注。

在这些超新星前身星中,寿命最长的是质量约为太阳 8 倍的恒星,它们会在 1 亿年内燃尽消亡。这一寿命还不到太阳预计 100 亿年寿命的 1,也只是当前宇宙年龄的一小部分。而象 o 型星和 b 型星这样的大质量恒星,寿命可能仅有几百万年,甚至更短。

并非所有 b 型星都会发生超新星爆发,因为它们的质量最低仅略高于太阳的 2 倍。而且,随着恒星质量的增加,超新星爆发事件的发生概率反而会逐渐降低。这类大质量恒星本身就较为罕见,即便走向死亡,多数也会形成中子星,而非黑洞。

据估算,银河系中可能存在多达 10 亿颗中子星,但实际数量或许更接近这一数字的一半。与它们的母星相比,中子星的亮度要低得多,并且会随着时间的推移逐渐冷却。不过,即便亮度不断降低,作为恒星残骸,中子星的寿命仍远长于其母星短暂而炽热的生命。

o 型超巨星是质量最大且最为罕见的恒星,它们最终都会以超新星爆发的形式终结,其中质量更大的 o 型超巨星死亡后,留下的可能是黑洞而非中子星。这些黑洞的存在时间会远超其母星 —— 恒星本身或许仅能存在 100 万年,而它们留下的黑洞残骸,相对而言却几乎是永恒的,其寿命可长达 10 的 35 次方年(百万亿亿亿亿年)。

通过吸收邻近的恒星、气体云甚至其他黑洞,一些黑洞的质量会不断增长,最终可能达到最小黑洞(质量仅为太阳几倍)质量的数百倍、数千倍乃至数百万倍。黑洞的寿命与其质量的三次方成正比:质量为太阳 10 倍的黑洞,寿命会是太阳质量黑洞的 10

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