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2024/04/12

天文科普 | 宇宙中神秘巨物:黑洞的分类

黑洞,这个宇宙中引力场最强大的天体之一,连光都无法从其事件视界逃脱的“吞噬者” ,让我们既感到恐惧又充满好奇。尽管我们已经通过科学研究和观测对黑洞有了一定的了解,但关于它们的许多问题仍然没有得到明确的答案。比如:黑洞有多少种?如何分类?

就像人分高矮胖瘦一样,黑洞其实也有分类。根据质量大小分类。黑洞分为恒星级质量黑洞、超大质量黑洞和中等质量黑洞

恒星级质量黑洞,是指质量从几倍到几百倍太阳的质量的黑洞。一般认为,大质量恒星演化到晚期后,核心的燃料用尽,所产生的能量无法抵挡自身物质向内的引力,会发生塌缩,并以超新星爆炸结束自己的生命。当剩余核心质量大于3.2倍太阳质量时,将会在引力作用下继续塌缩成黑洞。

超大质量黑洞,是指质量大于几百万倍太阳质量的黑洞。通过更小质量黑洞的碰撞并合,以及更小质量的黑洞吞噬气体尘埃而成。它们通常位于星系的中心,对周围的恒星和气体产生强大的引力作用。

中等质量黑洞,是指质量介于前两者之间的黑洞。此类黑洞可能有三种原因产生,一是恒星级质量黑洞的并合或恒星级质量黑洞通过吞噬气体成长形成;二是宇宙大爆炸过程中形成的原初黑洞;三是经星团历练后的大质量恒星塌缩而成。

除了按质量分类,根据黑洞本身的物理特性质量,角动量,电荷划分,还可以将黑洞分为四类:不旋转不带电荷的黑洞、不旋转带电黑洞、旋转不带电黑洞、旋转带电黑洞。

■ 瓦西黑洞

首先是最经典的,也是最简单的史瓦西黑洞,它不带电荷且不旋转,所以它也叫“静态黑洞”或“理想状态的黑洞”。史瓦西黑洞的中间是一个奇点,然后离奇点史瓦西半径远的地方,是黑洞的视界面,中间的区域其实可以认为是空的,这就是为什么黑洞的密度其实是很低的原因,而且越大的黑洞密度越低。

■ R-N黑洞

带电荷但不旋转的黑洞,即R-N黑洞。因为它带电荷,所以它也叫“带电黑洞”,它和史瓦西黑洞有个很大的区别,就是它有两个视界,一个外视界,一个内视界。

■ 克尔黑洞

它的时空结构是由克尔于1963年求出的。克尔黑洞具有旋转轴,因此它有一个对称的轴向。2019年人类拍摄的首张M87星系黑洞照片,就是一个克尔黑洞。

黑洞照片(M87星系中心)

■ 克尔-纽曼黑洞

克尔-纽曼黑洞它既像R-N黑洞一样带电,又像克尔黑洞一样旋转,所以它同时具有它们两类黑洞的特征。

黑洞,这个宇宙中最神秘、最不可思议的天体之一,仍然充满着无限的可能和挑战。通过不断地研究和探索,我们有望逐步揭开它们的神秘面纱,为人类的科学事业和未来发展揭示出更多的奥秘和机遇。