黑洞是如何形成的?

黑洞作为宇宙中最奇异的天体,它的形成途径一共可以分为3种:宇宙大爆炸形成的原初黑洞大质量恒星引力坍缩形成的黑洞和中子星相撞形成的黑洞,下面我们就一一介绍下黑洞是如何形成的吧。

一、宇宙大爆炸形成的原初黑洞

在宇宙大爆炸后不到1秒的时间后,原始宇宙中因为物质并非是均匀分布的,所以有一些地方拥有非常大的物质密度,这些地方就能够形成黑洞,这些黑洞的质量大小都是随意的,最小的只有普朗克尺寸的黑洞。这些宇宙大爆炸后形成的黑洞就是原初黑洞,它们可能在宇宙中是普遍存在的,甚至是构成暗物质的主要组成部分。

宇宙大爆炸后不到1秒的时间内宇宙中可能会形成大量的原初黑洞,这些黑洞的质量大小不一,有的甚至非常小
宇宙大爆炸后不到1秒的时间内宇宙中可能会形成大量的原初黑洞,这些黑洞的质量大小不一,有的甚至非常小

二、引力坍缩形成的黑洞

一般一个天体密度大到一定的程度就必然会形成黑洞,而引力坍缩就可以形成致密的密度,一般来说引力坍缩形成黑洞可以分为三种情况:

1、大质量恒星引力坍缩形成的黑洞

大质量恒星在它的生命末期会因为引力坍缩而形成黑洞,这种黑洞的形成方式是我们所熟知的。

一般来说,一颗恒星的质量超过8倍太阳质量,就有一定的可能性最终变成黑洞,但是如果这颗大质量恒星质量达到20倍以上的太阳质量,那几乎是百分之百会变成黑洞。

当这些大质量恒星在生命末期的时候,它们因为损失了大量的质量,自身的核聚变燃料无法维持其自身的温度,这就导致恒星的引力将超过恒星内部的简并压力,从而导致恒星物质向恒信内部坍缩,最终将大量的物质压缩到一个密度非常高的核心上,同时,恒星的外层物质则会发生剧烈的爆炸,最终留下的核心就可能是一个黑洞。

大质量恒星引力坍缩形成的黑洞被认为是黑洞形成的主流方式
大质量恒星引力坍缩形成的黑洞被认为是黑洞形成的主流方式

这种方式形成的黑洞被认为是宇宙中黑洞的主流,甚至是银河系银心处的超大质量黑洞,也被认为是通过这种方式形成的。

只不过星系核心的超大质量黑洞一开始也并没有现在这么大。这又要回溯到宇宙大爆炸以后不久了。

早期的宇宙中因为物质密度远远超过现在,所以那个时候诞生了很多质量非常大的恒星,这些大质量恒星的寿命也很短,然后在短时间内,这些恒星就都变成了黑洞了。而这些黑洞中的一些就是星系核心的超大质量黑洞的种子,它们通过不断地吸收其他黑洞和物质让自己变得更大。

2、大质量气体云引力坍缩形成的黑洞

这种情况也出现在早期宇宙时期,但是不是宇宙大爆炸1秒内了,而是以后的事情。因为早期宇宙中物质密度比现在要高很多,特别是有一些地方可能会形成一团拥有巨大质量的气体云,这些气体云可能会直接引力坍缩成一颗超大质量黑洞,这种黑洞和周围巨大的气体云一起就形成了我们现在所见的类星体

大质量气体云引力坍缩形成的黑洞被认为是类星体
大质量气体云引力坍缩形成的黑洞被认为是类星体

3、中子星形成的黑洞

中子星是宇宙中密度仅次于黑洞的天体,中子星的质量不能无限大,它们的质量上限是2.16倍太阳质量,目前发现的质量最大的中子星是PSR J0740+6620,它的质量达到了2.14倍太阳质量。

那么中子星如果能够继续吸收其他天体的物质,或者是直接和其他天体发生碰撞,那么中子星的质量就会突破2.16倍的质量上限,那它就会直接变成一颗黑洞。

中子星碰撞或吸收其他天体物质也是有可能变成黑洞的
中子星碰撞或吸收其他天体物质也是有可能变成黑洞的

三、高能粒子碰撞形成的黑洞

除了上述两种黑洞形成的途径之外,还有一种高能粒子碰撞形成的黑洞,不过这种情况产生的黑洞并不是宏观上黑洞,而是一种微型黑洞,这些黑洞的质量可能只有原子甚至是质子的大小,但是它们依然算是黑洞,因为它们自身的密度是无限大,引力无限强的。

高能粒子的碰撞能够形成非常非常小的微型黑洞,但是它们的寿命也非常非常短
高能粒子的碰撞能够形成非常非常小的微型黑洞,但是它们的寿命也非常非常短

这类黑洞一般出现在密度足够高的高能粒子的碰撞中,当两颗能量极高的粒子相互碰撞,是有可能产生这种微型黑洞的。

不过大家不用担心它,因为这些黑洞实在是太小了,根据霍金辐射的理论我们可以知道,黑洞是会蒸发而损失物质的,而且是质量越小的黑洞蒸发速度越快,所以这种微型黑洞一般会在它形成的10^-25秒内就会直接蒸发了。

以上就是目前主流的三种黑洞形成方式的介绍,你还知道哪些其他黑洞的形成方式么?

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