【宇宙的手性 4.】

（4.宇宙黑洞的转动）

 黑洞是现代广义相对论中，宇宙空间内存在的一种密度极大、体积极小的天体。黑洞的引力很大，连光都无法逃脱。1916年，德国天文学家卡尔·史瓦西通过计算得到了爱因斯坦引力场方程的一个真空解，这个解表明，如果将大量物质集中于空间一点，其周围存在一个连光都无法逃脱的界面——“视界”。这种“不可思议的天体”被美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒命名为“黑洞”。

 根据地球的质量和半径，可以算出挣脱地球的逃逸速度是11.2km/s，类似的太阳的逃逸速度是16.7km/s。天体的质量越大，半径越小，逃逸速度就越大，要逃脱它的束缚力也就戟困难。如果一个天体的质量很大，半径很小，以至它的逃逸速度等于光速，几乎接近它的星体都不能逃脱它，这样的天体就是黑体。

 据推测，恒星都有可能发生坍塌而使质量收缩而成为致密星，那它就有可能变成黑洞，但它的正常半径要被大大压缩，如是太阳，则由6000km压缩至3km，假如地球是恒星，则就要被压缩至1cm。黑洞是不发光的星体，在其表面，任何接近其视界面的物质和光都会被无情地吞噬进去，因此黑洞不仅自己不发光，而且外来的一切光信号也只能被吸收而不被反射，黑洞像无底洞一样，只进不出，面为一种暗物质。而且构成黑洞的暗物质是冷暗物质，主要是只参与弱相互作用的大质量粒子（WIMPS）。

 真实的黑洞就是只具有质量和角动量的克尔黑洞。因为角动量，它总是旋转的。并且它的视界面由于自转变成微扁平的椭球面。根据角动量守恒定律，旋转物体的旋转半径增大时，旋转就会慢下来，相反，半径减小时旋转就会加快。所有的恒星都有自转，它在坍塌成致密星会保留原来的角动量，并且体积缩小了，所以旋转得更快。比如太阳的自转周期大约是1个月；中子星的自转速度就快得多了，自转周期大约在几毫秒到几秒之间；黑洞的自转更是快得惊人，自转周期只有万分之几秒。黑洞的自转和恒星自转不同，恒星的自转是较差转动，而黑洞的自转是刚体转动。

  当黑洞单独存在时，它是平静而腼腆的，以致于我们不能发现它的存在。然而黑洞却是人来疯，一旦有恒星不小心靠近它时便立刻活跃起来，成为耀眼的明星。黑洞强大的引力会把这颗倒霉的恒星吸引过去组成一对双星，然后就像饿虎扑食一样把它撕得粉碎，再一点点吞噬掉。黑洞吞噬恒星气体一的过程称为吸积，由于黑洞的自转，这些被吸积的物质不会直接落到黑洞里面，而是围绕着它旋转，从而形成一个扁平的吸积盘，吸积盘的旋转方向和黑洞的自转方向相同。整个吸积盘成为一个大旋涡，气体粒子在旋涡中高速旋转，后续进来的粒子又不断冲击吸积盘，压缩与摩擦使它在瞬间被加热到数百万度的极高温度，从而成为一个灿烂夺目的发光圆盘。吸积盘像一锅沸腾的稀粥，不时冒出一些“气泡”，表现为X射线的瞬间爆发，测量这种X射线也是证实黑洞存在的一种方法。

 旋转着的黑洞吸积盘会产生强大的磁场，其方向垂直于吸积盘面而沿着黑洞的旋转轴。吸积盘中高速运动的气体粒子相互碰撞会产生高能带电粒子流，它们的速度甚至可以接近光速的一半。吸积盘的磁场将这些离子聚焦，并沿着磁场方向高速喷射出去，形成从星系中心向两侧射出的一对喷流。如下图所示。该图是根据天文观测数据对天鹅座X-1创作的计算机模拟图。这个天体位于天鹅座，能发射X射线，是天鹅座中最亮的星，所以取名天鹅座X-1。它实际上是由一个蓝超巨星和一个黑洞构成的双星系统，这个黑洞是人类发现的第一颗恒星黑洞。黑洞的这种现象说明真实的黑洞总是在转动的，它吞噬物质时会产生旋转着的吸积盘和两条垂直于吸积盘的相对论性喷流，从而把吃进去的一部分物质又以喷流的形式吐了出来。

                                                    丰都智愚河畔环境技术工作室