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银河系内的微黑洞数量达300个!

时间:2023-12-05 理论教育 版权反馈
【摘要】:那些质量比一颗恒星还要小的黑洞,霍金称之为“微黑洞”。据霍金估计,在银河系里每1立方光年范围内大约有300个微黑洞。这就是说,这一区域微黑洞彼此之间的距离大约是冥王星到太阳距离的500倍。可是,一个微黑洞却可能穿过太阳系,而不产生任何可以觉察得到的效应;不论是对太阳,还是对任何行星或任何卫星,都没有影响。可是一个微黑洞在与太阳碰撞时却不会蒸发,甚至不受太阳的任何影响。

银河系内的微黑洞数量达300个!

黑洞

当我们只谈到与看得见的天体发生碰撞时,我们知道太阳至少有好几百万年可保无虞。在一定距离内,没有什么看得见的天体在向我们迎头撞来,可以在这段时间内逼近我们。那么,天空中难道不会有我们尚未探测出来,因而对它们的存在我们未能觉察到的天体吗?而这样的天体中,难道不会有某一个天体正在向我们接近,甚至正在将与太阳发生碰撞的路途中,而我们却几乎没有或者毫无警觉吗?像天鹅座X-1那样大小的一类黑洞会对我们有危险吗?我们这里说的不是位于星系中心或球状星团中心的那些大黑洞,它们仍在原位置没有移动,我们指的是像恒星大小那样的黑洞,它们正在围绕星系中心的轨道上漫游。天鹅座X-1由于正在吞食它的那颗明显可见的伴星的大量物质而向我们暴露了它的存在。但是我们也可以设想有这样一种情况,即一颗没有伴星的单个恒星由于发生坍缩而形成了一个黑洞。

我们假定有一个单颗恒星形成的黑洞,它的质量是太阳质量的5倍,而它的半径是15千米。它由于没有伴星,我们也就无从知道它的存在;因为没有伴星向它喂送物质,没有大量X射线发射出来。这个黑洞只能吞食一点恒星之间飘逸的稀薄气体,因而产生一星半点的微弱X射线,这在任何距离上都不易被觉察出来。

这样一个黑洞也许离我们还不到1光年,但是由于太小,又由于辐射太弱,而未被我们探测出来。它也许正向太阳迎头撞来,而我们却不知道。也许,只有在它就要同我们撞上时,它的引力场对我们的行星系统产生了某种意外的摄动,或者我们已经探测到了一个非常微弱的、但却在不断增强的未知X射线源时,我们才会觉察到它。可是当我们发现它时,最多不过几年,马上就会是我们世界末日的到来。就算是这个黑洞从我们太阳系穿过,没有发生碰撞,它的引力场也会对我们太阳系十分和谐力学结构造成一场劫难。

发生这种事情的可能性存在吗?不太大。只有非常大的恒星才能坍缩成一个黑洞,而这样的大恒星为数并不多。在银河系里,恐怕每1万颗可见恒星中才只有一个恒星大小的黑洞。如果说在1万亿年的时间里太阳同一颗普通恒星相碰撞的机会是八万分之一的话,那么太阳同一个恒星大小的黑洞发生碰撞的机会便只有八亿分之一。当然,也许明年就会发生这种碰撞,但这种事件的机会将近是1/1021,绝对用不着为这样小的可能性担忧。

我们说极不可能发生这样的灾变的一个理由是,恒星大小的黑洞的数目非常少。但是我们知道,在任何一类天体中,都是小的个体比大的个体要多。那么,小黑洞的数目不是要比大黑洞的数目多得多吗?小黑洞击中我们时也许不像大黑洞击中时会造成太大的损害,但是那样的损害恐怕已经够严重了;更何况,因为小黑洞为数众多,同我们发生碰撞的机会很大,绝不可掉以轻心。

不过,在今天的宇宙中,即使其质量比太阳小许多,只有几分之一太阳质量的黑洞,恐怕也是非常难以找到的。一个大恒星才有可能在自身引力场的作用下被压缩成一个黑洞,任何比一个大恒星更小的天体都没有足够大的压缩力使之形成一个黑洞。

可是,这并不是说就不存在危险。1974年,英国的一位物理学家霍金(Stephen Hawking)指出,在大爆炸发生之初,许许多多的旋涡状物质和辐射团块曾在不同地点产生过不可思议的巨大压力,它们在宇宙刚形成之时产生了无数个质量各不相同的黑洞,其中大的有一颗恒星大小,而小的可以不足1千克。那些质量比一颗恒星还要小的黑洞,霍金称之为“微黑洞”。

霍金通过计算还证明,黑洞并不是真的保持其总质量不变,物质仍然有可能从黑洞逃逸出去。正好在一个黑洞的施瓦西半径的地方,有可能会成对地形成亚原子粒子,每一对中的两个粒子都各自向相反的方向飞驰。其中有一个粒子会返回来进入到黑洞内部,而另一个粒子则逃之夭夭。亚原子粒子的这种不断地逃逸,使得黑洞就像是具有非常高的温度,始终在缓慢地蒸发。

一个黑洞的质量越小,它的温度便越高,蒸发起来也越快。这表明,一个微黑洞随着蒸发而变小,它的温度会上升,而蒸发的速率稳定增长,一直到这个微黑洞的最后一点残片因爆炸力的出现而完全消失。

那些非常小的微黑洞是无法熬过长达150亿年的宇宙历史的,它们已经完全消失罄尽。但是,如果一个微黑洞起初具有比冰山还要大的质量,它的温度就会足够低,蒸发得也会足够慢,以致能够存在到今天。倘若它在存在的时候还能吞食到一些质量,那么它甚至还会进一步冷却,从而进一步延长其寿命。(4)

即使最小(从而最多)的那些微黑洞全已消失,今天仍会存在着许许多多小至陨星大至月球的微黑洞。据霍金估计,在银河系里每1立方光年范围内大约有300个微黑洞。它们如果像普通物质那样分布,那么它们大多数都应集中在银核里。在我们所在的这种外围区域,每1立方光年范围内也许有30个微黑洞。这就是说,这一区域微黑洞彼此之间的距离大约是冥王星到太阳距离的500倍。离我们最近的那个微黑洞多半距离我们1.6万亿千米。

即使在那样的距离(按天文学标准说,十分近),仍有充分的机动余地,它不见得就会对我们造成伤害。一个微黑洞必须直接击中我们才有可能造成伤害,而一个恒星大小的黑洞则不必如此。一个恒星大小的黑洞即使相隔相当远的距离同太阳错过,但是由于它靠近太阳系,也可能对太阳产生潮汐效应,而严重地改变太阳的性质。它还可能严重干扰太阳的轨道,而产生不良后果;甚至干扰地球的轨道,而带来灾难。(www.xing528.com)

可是,一个微黑洞却可能穿过太阳系,而不产生任何可以觉察得到的效应;不论是对太阳,还是对任何行星或任何卫星,都没有影响。就我们现在知道的情况而言,不管有多少微黑洞从我们旁边经过,它们有一些可能就从行星之间穿过,也不会对我们造成任何伤害。

但是,如果有一个微黑洞直接击中太阳,结果会怎样呢?如果只考虑它的质量,那么它多半不会对太阳有太大影响。即使它具有月球那样大的质量,那也只有太阳质量的二千六百万分之一,简直如同一滴水的1/10于你一样。

当然不能只考虑质量。如果真的是一个月球同太阳直接碰撞,那么,除非月球运动得非常快,否则它在即将与太阳相撞的瞬间将开始蒸发。即使在实际发生碰撞时月球还剩有一部分固体物质,它也不会穿透太深便蒸发得一点不剩。

可是一个微黑洞在与太阳碰撞时却不会蒸发,甚至不受太阳的任何影响。它只是一个劲地向里钻,并一路吸收质量,产生出巨大的能量。它会在太阳内部一面运动一面长大,最后贯穿而过。当它从太阳另一侧钻出来时,已经是比钻进太阳时更大的一个微黑洞了。

太阳在这种情况下会受到什么影响则很难预料。如果那个微黑洞打中太阳时稍偏一些,只是从太阳的上面各层穿过,那么它的影响恐怕不至于太严重。但是,如果那个微黑洞打得十分准确,从太阳的正中心穿过,它就可能使太阳的那个发生着核反应,正在产生着太阳能的区域瓦解。

我不知道遇上那种情形结果会怎样。这也许取决于太阳“不治而愈”的速度。恐怕太阳产生能量的能力会被摧毁;也有可能,它在来得及康复以前,就发生了坍缩或爆炸。不管是哪种结果,只要这种事情发生得既突然,而我们又来不及做准备,对于我们肯定都是一场名副其实的灾变。

我们再假定那个微黑洞击中太阳时相对于太阳的速度十分低。它在穿过太阳的物质时会遇到阻力而逐渐减慢速度,最后,它会再也无力脱离太阳,而留在太阳内部,停止在太阳的中心。

遇上那种情况结果又会怎样?那个微黑洞会不会从内部慢慢地消耗太阳的物质?如果是这样的话,我们从外部也无从知道这种变化。太阳的质量和引力场都会原封不动;各个行星也会仍然围绕太阳运行而不受干扰;甚至太阳仍旧照常辐射出能量,就好像什么也没有发生过。但是,肯定会有那样一个关键时刻来临,那时太阳再也没有足够的正常物质可以维持它今天这种模样。整个太阳都会坍缩成一个黑洞,同时发出大量的致命的辐射,足以摧毁地球上的一切生命。即使我们发挥想象力,设想我们由于某种原因在经过这样一场强烈的猝发辐射以后仍然幸存下来,地球那时也会是围绕一个具有全部太阳质量的黑洞运行(因此地球的轨道不会改变)。那个黑洞既小得我们无法看见,又根本不发出可值一提的辐射。那时的地球温度将下降到接近绝对零度,我们同样也得完蛋。

是否有这种可能:太阳早在100万年前就已经被一个微黑洞击中,而那个微黑洞自那以后就一直呆在太阳内部悄悄起着作用?我们的太阳会不会在全无征兆的情况下随时就发生坍缩?

我不能作绝对否定的回答。不过我们应该知道,即使按霍金的想法微黑洞的数量很多,它们击中太阳的机会也是非常小的;直接命中太阳正中心的机会会更少;而击中太阳正中心,微黑洞相对于太阳的速度又很低,以致太阳把它俘获的机会则更少。何况,霍金的估计数字只是一个合乎情理的最大值,微黑洞的实际数量比它要少,也许少得多。所以,出现上述事件的机会相应地还要少得多。

实际上,除了霍金的计算之外,人们还根本没有找到存在微黑洞的证据。天文学家既没有直接探测到过微黑洞,也没有探测到过任何必须涉及微黑洞才能加以说明的现象。(即使以天鹅座X-1为代表的那类恒星大小的黑洞,也不是所有天文学家都相信它们存在。)

我们还需要有关于宇宙的更多的知识,才能够比较有把握地算出发生这种灾变的可能性的大小;但是我们仍然可以坚信,结果一定是极不可能发生这种灾变。太阳毕竟已经存在了50亿年并未发生坍缩,我们也从未观测到过有哪一颗恒星像是被它中心的一个微黑洞吞食,闪亮一下而突然消失。

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