黑洞和恒星的关系

7.黑洞和恒星的关系

无论恒星还黑洞，都只有一个体积很小，但质量和密度都很大的核。但是，两者还是有区别，恒星会发生强烈的震荡，并把震荡能传递给周围的宇宙微物质和天体。我们能够以各种方式感觉到它们的运动。而这种感觉的范围，往往被确定为是它的组成部分，也即被认为是它的体积。所以，在我们看来，它们就显得大。而黑洞除了它的核，我们几乎不能感觉到任何它周围的物质，而且连它输出的能量——纵向运动磁力线，我们现在也完全没有认识，更别提感知它的仪器了。我们人体感官完全不能感知这种纵向运动的磁力线能，所以它的体积也就很小。

其实，这就像一根火柴头，在燃烧前很小，点燃后就显得很大了，在一定的距离内，还会显得更大。因为我们将发光的部分，都认为是火柴头了。而且物体越明亮，我们的观察就会认为它更大。再如照相机的闪光灯，其实它很小，但当它闪光时，在一定的距离上我们看到的确是一个很大的光团。如果，我们不是事先认识它的体积，仅以光像来判断，一定会认为它是一个很大的物体。所以，实际上恒星并不大，而黑洞也并不小。只不过因为它们处在不同的运动状态，我们看到的效果不一样罢了。因此，不燃烧的恒星就是黑洞，燃烧的黑洞就是恒星。

恒星是由炽热气体组成的，能自行发光的球形或接近球形的燃烧天体。太阳，就是离地球最近的一颗恒星。

恒星的种类繁多，有双星、变星、聚星、新星、超新星等，大小各不相同，多数恒星质量在0.1~10个太阳质量，大的恒星是太阳的120多倍，而小的恒星质量只有太阳的百分之几。

黑洞与恒星

恒星的颜色多种多样，有的发红，有的发黄，有的发蓝，表面温度和亮度也各有差别，表面温度越高，光度也就越大。

按组成成分，恒星的成分约为70%的氢，20%的氮，1.5%碳和0.5%的铁元素。恒星的数量庞大，我们肉眼可看到的大约有6500颗。浩瀚的宇宙中，散落着无数颗恒星，一般认为，恒星是由星际物质凝缩而成的。而初试物质的质量和化学成分，决定了恒星的演化历程、演化速度和最终归宿。

我们通过天文观察知道，宇宙中弥漫着大量密度不一的星际气体和尘埃物质。在密度大的地方，往往形成星际气体云。质量很大的星云，在自身引力作用下会很快收缩、密集、升温。当星云质量达到1万倍的太阳质量时，由于密度分布不均匀，而变得不稳定。密度大的星云收缩更快，导致大型星云分裂瓦解成中等大小的星云。同理，中等星云又可能碎裂成更小的星云。小星云中密度较大的物体，能够吸引更多的气体和尘埃，并随着引力的增大而收缩，引力能转化为内部热能，内部温度升高。当温度达到2000K时，星云又发生坍缩，形成原始恒星。从星际气体和尘埃变成原恒星，这一过程，大约需要200万年。

星际中的星云和暗物质

原恒星诞生以后，在自身引力作用下，继续向中心收缩，内部物理反应加剧，引力能更快地转化为热能。中心温度继续增加，温度升高到一定程度，热能会转化为光能，开始闪烁发光。随着原恒星的继续演化，内部压强逐渐增大，最终能够阻止坍缩。此时，总质量不再增加，星体内部气体处于完全对流状态，这时原恒星已经成长为少年星——主序前星。

主序前星的内部温度达到3000～5000K，其引力能的一部分用于维持向外的辐射，一部分用于增加内部的热能，使其内部温度不断升高。当恒星内部温度升高到1500万K时，恒星内部发生热核反应，氢聚变为氦，此时恒星生命到达零龄主序，叫零龄主序星。

星系中孕育着原恒星

主序恒星主要是核能，稳定的核反应让主序星的温度和光度将不再有太大的变化。恒星一生90%以上的时间，停留在主序星阶段。

主序星的热核反应，是在星体核心区进行的，当内部反应结束，氢全部聚变为氦时，反应区向外推移，恒星内部热核反应停止。外层物质在引力作用下又进一步向内挤压，核心区收缩，温度进一步增高，外层温度受内层影响升到107K时，壳层的氢开始燃烧，推动外面的包层受热膨胀，恒星的体积快速增大到千倍以上，而表面温度则快速下降。此时，恒星演化到红巨星阶段。

恒星核心区继续收缩，温度升高，到1亿K时，氦开始聚变成碳。

大质量恒星若得以充分演化，会依次聚变成为氧、硅等，直到合成最稳定的元素——铁。

小质量恒星，如太阳，在核能耗尽后，其质量小于1.44M就会演变为白矮星，等收缩到原来半径的几1/10到1/100时，中心密度已经很高，电子形成兼并态。当电子气体的压力足以抵住引力收缩时,便达到新的平衡。这时恒星不再收缩,只靠它的剩余热量发光，这种星称为白矮星。随着它的余热逐渐消失，表面温度逐渐降低，慢慢成为红矮星、黑矮星，就无法观测到了。

恒星外层进一步扩张，最后成为行星状星云。大质量的红超巨星坍缩后发生大爆炸，形成超新星。超新星爆炸时，外部的物质爆炸出去，形成星云状物质，内部坍缩，形成为中子星。

恒星在核能耗尽之后，如果它的质量在1.44～2M，就会成为中子星。

星云

如质量超过2M，则平衡态不再存在，星体将无限制地收缩。虽然目前还没有密度大于1027克/厘米的物质的实验数据，无法推测星体的具体结构，但根据理论可以推断，星体的半径将愈来愈小，密度将愈来愈大，终于达到临界点，这时它的引力之大，足以使一切粒子，包括光子，都不能外逸，因而称为“黑洞”。

黑洞，形成于大质量的恒星。当恒星到达老年期，自身内部的氢原子核数量，不足以支持核聚变反应的时候，那么就由氦原子核来进行核聚变反应。四个氦原子核发生聚变，形成碳原子核。进一步看，当氦原子核数量也消耗殆尽的时候，核聚变反应就改由四个碳原子发生聚变，形成一个铁原子核。在这个不断聚变的过程中，恒星的体积不断膨胀，直至几千倍，到聚变形成时，核反应要吸收核心的热量，恒星温度迅速下降，在巨大引力作用下，恒星又进行剧烈坍缩。这种坍缩一方面造成恒星内部结构开始发生收缩，原子间距不断缩小；另一方面造成恒星爆炸。

大质量星云

爆炸之后，恒星的外壳被抛到宇宙空间当中。这时，恒星内部的核结构开始发生收缩。原子间距离不断缩小，恒星的密度不断增大。物质间的作用随着距离的变小，引力不断增大。由于物质间，同时还存在斥力作用。当距离小到一定程度的时候，引力大于斥力，恒星就会发生坍缩。换句话说，恒星被自己的体重压垮了。这之后，恒星还会不断吸收周围的物质，使得自身重量越来越大。根据牛顿万有引力定律，物体质量越大，对其他物体的引力越大。那么，引力使得质量不断增加，不断增加的质量，又促使引力不断变大。最终发展成为任何东西都会被它吸引。广义相对论认为，光具有波粒二相性。也就是说，光既是波，又是粒子。大质量的恒星本身，也会发光。随着质量的不断增大，最后会出现自身发出的光粒子，也会被吸引而出不来，这就是黑洞。

恒星爆炸