太初黑洞,質量最小的宇宙黑洞

在宇宙大爆炸時幾秒鐘內就會迅速形成一個太初黑.洞，太初黑.洞是宇宙中存在時間最短的黑.洞，同時也是質量最小的黑.洞，甚至只有一個質子大小，比原子核還要小，甚至用肉眼無法辨別，由於太初黑.洞是宇宙早期時的產物，因此也被稱為"原生黑.洞"。太初黑.洞黑.洞是由質量足夠大的恆星在核聚變反應的燃料耗盡而死亡後，發生引力坍縮產生的。而太初黑.洞並不是由恆星坍塌而形成，與其他黑.洞不同，太初黑.洞是在宇宙剛剛創生時在高壓條件下物質緊密結合的產物，而且這種黑.洞質量比其它黑.洞更加小，有時甚至小到連肉眼都無法辨別。太初黑.洞的的尺度甚至比原子核還要小。據說，太初黑.洞只在宇宙大爆炸之後幾微秒內存在，因為宇宙還來不及膨脹，而整個宇宙又充滿了光，超高溫超高壓的情況下，是可能造出小黑.洞的，不過極小，最多吸收幾十個光子就蒸發了。對於那些較小質量的原生黑.洞，科學家認為有可能與 暗物質有關，以此來解釋暗物質的一些問題。雖然暗物質被認為是宇宙的主宰，在一定程度上說，其是統治著整個宇宙，我們所能看見的宇宙中的物質僅僅是滄海一粟。但是，探測暗物質並不是通過正常的觀測手段，由於暗物質不與電磁力發生相互作用，所以用傳統的電磁波天文觀測無法發現其存在，只能間接地通過引力效應來推斷其存在。研究人員認為：這項新的研究可以幫助科學家更好地了解暗物質到底是什麼，我們已經知道其統治著宇宙，卻還不知道它到底是什麼。太初黑.洞在宇宙學中被認為存在於大爆炸發生後密度較高的時期，也就是處於宇宙加速膨脹的早期階段。我們目前知道，今天的宇宙誕生於137億年之前的一次大爆炸。由於太初黑.洞比目前宇宙恐怖的黑.洞要小很多，其體積甚至比原子核還要小，因此不會將整個恆星吞噬掉，自然也不會把光也掩沒了。與此相反，由於太初黑.洞體積太小，與恆星發生碰撞等接觸時，會導致恆星表面上出現明顯的振動現象。通過觀察恆星表面出現異常運動，我們就可以弄清楚在恆星內部正在發生著什麼情況。同理，如果一個太初黑.洞穿過一顆恆星中央核結構，我們就可以通過觀察其表面的振動來了解恆星內部的相互作用。現在，對於本次研究的科學家而言，可能僅僅只是一個時間的問題。研究人員模擬一個太初黑.洞具有多大體積，才可以使得其與恆星發生接觸時造成恆星表面出現明顯振動波紋。結果發現，當質量達到一個典型的小行星水平時，才可符合這個要求。形成太初黑.洞是當一顆質量相當大的星體之核能耗盡後，殘骸質量比太陽質量高3倍的恆星核心會演化成黑.洞，若中子星有伴星，而中子星吸收足夠伴星的物質，也能演化成黑.洞。在黑.洞內，沒有任何向外力能維持與重力平衡，因此，核心會一直塌縮下去，形成黑.洞。 當物質掉進了事界，縱使以光速計算，也不能再走出來。 愛因斯坦以幾何角度把黑.洞解釋為空間扭曲的洞，物質隨空間而行，如果空間本身就是洞，是沒有物質可逃出的。為了要形成黑.洞，質量越小、物質壓縮後的密度就越高 高密度時產生強大的壓力與收縮相抗衡 然而比太陽質量還小的黑.洞在現代宇宙中是不可能形成的 但是在宇宙開始膨脹時有很高的密度 查兒多維奇和伊戈爾.諾維科夫在1967年，霍金在1971年都曾設想在宇宙膨脹的早期階段可以產生黑.洞他們可以有小質量這樣的黑.洞就稱為太初黑.洞。尺度比原子核小的黑.洞稱為太初黑.洞。太初黑.洞有多大你可以想像一顆具有十倍太陽質量的恆星。在它的大約十億年壽命的大部分時間裡，該恆星在其中心把氫轉化成氦而產生熱。釋放出的能量會產生足夠的壓力，以支持該恆星去抵抗自身的引力，這就產生了半徑約為太陽半徑五倍的物體。從這種恆星表面的逃逸速度大約是每秒一千公里。也就是說，一個以小於每秒一千公里的速度從該恆星表面點火垂直上升的物體，會被恆星的引力場拖曳回到表面上來，而具有更大速度的物體會逃逸到無窮遠去。當恆星耗盡其核能，那就沒有東西可維持其向外的壓力，恆星就由於自身的引力開始坍縮。隨著恆星收縮，表面上的引力場就變得越來越強大，而逃逸速度就會增加。當它的半徑縮小到三十公里，其逃逸速度就增加到每秒三十萬公里，也就是光的速度。從此以後，任何從該恆星發出的光都不能逃逸到無窮遠，而只能被引力場拖曳回來。根據狹義相對論，沒有東西可能比光旅行得更迅速。其結果就是一顆黑.洞：這是時空的一個區域，從這個區域不可能逃逸到無窮遠。黑.洞的邊界被稱作事件視界。它對應於從恆星發出的剛好不能逃逸到無窮遠的，而只能停留在施瓦茲席爾德半徑處徘徊的光線的波前。施瓦茲席爾德半徑為R=2GM/c^2，這裡G是牛頓引力常數，M是恆星質量，而c是光速。對於具有大約十倍太陽質量的恆星，其施瓦茲席爾德半徑大約為二十公里。現在有了相當好的觀測證據暗示，在諸如稱為天鵝X－1的雙星系統中存在大約這個尺度的黑.洞。也許還有相當數目的比這小得多的黑.洞散落在宇宙之中。它們不是由恆星坍縮形成的，而是在熾熱的高密度的介質的被高度壓縮區域的坍縮中產生的。人們相信在宇宙啟始的大爆炸之後不久存在這樣的介質。這種「太初」黑.洞對我將在這裡描述的量子效應具有最大的興趣。一顆重十億噸的黑.洞具有10-13厘米的半徑，只有一顆中子或質子的尺度。它也許正繞著太陽或者繞著銀河系中心公轉。「太初黑.洞」是指在宇宙前期極高的溫度和壓力下所產生的黑.洞。因為其特殊的形成原因，其質量很小,根據霍金的黑洞輻射定律，質量越小，輻射的能量越高。太初黑.洞是宇宙大爆炸時幾秒內形成的黑.洞，其大小隻相當於一個質子，在所有的黑.洞理論中，霍金輻射率與質量成反比。因為這個放射過程逐漸地降低黑.洞的質量。很小質量的黑.洞在其過程中，會出現一種類似於高壓放氣一樣，大量輻射爆發的最後階段。這個相當於一個氫彈產生數百萬噸的爆發力。在當前的宇宙年齡下，即使一個普通黑.洞也不會失去所有的質量。然而，由於原生黑.洞並非由恆星核心崩潰形成，他們可以是任意大小。並且太初黑.洞的生命周期很短，因為其本身能夠放出大量的霍金輻射。一個原子大小的太初黑.洞質量大約為10^4KG，溫度為6000度。當他進一步蒸發時體積會減小。根據霍金的描述黑.洞最後會在一個爆炸中消失殆盡。
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