物理新知–黑洞是甚麼?
文:夏雲傑    

黑洞的示意圖
圖一   黑洞與一顆巨型的甯P組成一雙星系統,伴星的氣體物質以螺旋軌道衝進黑洞,產生高熱及高能輻射。

黑洞是甚麼?它是怎樣形成的?

黑洞是一類密度極高的星體。由於它周圍存在巨大的引力場,所有經過附近的物質均被吸進去,即使光也不能逃脫,同樣,處於黑洞裡的物體也不能逃出黑洞。我們知道,地球上的物體若獲得很大的初始速度,便可脫離地球的引力而飛到太空,如果初始速度足夠大,還可以脫離太陽的引力而逃出太陽系,而人類用火箭發射衛星或太空船便是利用了此原理。物體逃離地球的最小初始速度是由地球的質量和半徑決定的,如果地球被壓縮成一個很小的球,當其半徑小於某一臨界值時,對周圍物體的引力便會變得非常之大,即使光這種在宇宙中傳播速度最快的波動也會被地球吸住而不得逃走,這時地球便變成了一個黑洞。

按照恆星演化理論,黑洞是恆星演化的最後階段,即是「死亡」了的恆星。由於黑洞不會放射出物質或輻射,我們不能直接觀察到黑洞。但是黑洞可以與鄰近的恆星構成雙星系統,從地球上看來,那可見的恆星 (伴星) 便好像是與一個看不見的天體不停地大跳華爾滋 (見圖),從它運動的程度可推算出那看不見天體的質量,如果那天體的質量非常龐大,便很有可能是一個黑洞。此外,黑洞的巨大引力使伴星的氣體物質以螺旋軌道衝進黑洞,由於被急速壓縮,物質的溫度變得很高,Χ射線和伽瑪射線從而產生,在地球上觀察這些射線,便可找到黑洞存在的證據。