'為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?'

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為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​這是一個活躍黑洞的例子,它通過兩個垂直的噴流將物質吸積並使一部分物質向外加速。正態物質經歷這樣的加速度,說明類星體的工作原理非常好。所有已知的、測量良好的黑洞都有巨大的旋轉速度,而物理學定律幾乎確保這是強制性的。

看看外面的宇宙,雖然星星可能會發出你最先注意到的光,但更深入的觀察表明,外面還有更多。最亮、質量最大的恆星壽命最短,因為它們燃燒燃料的速度遠遠快於質量較小的恆星。一旦它們達到極限,無法再融合元素,它們就會走到生命的盡頭,變成恆星的屍體。

但是這些屍體有很多種類型:質量最小的白矮星(如類日恆星),質量更高的中子星,質量最大的則是黑洞。雖然大多數恆星自轉相對較慢,但黑洞的自轉速度卻接近光速。這似乎違反直覺,但根據物理定律,不可能有其他方式,為什麼?

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為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​這是一個活躍黑洞的例子,它通過兩個垂直的噴流將物質吸積並使一部分物質向外加速。正態物質經歷這樣的加速度,說明類星體的工作原理非常好。所有已知的、測量良好的黑洞都有巨大的旋轉速度,而物理學定律幾乎確保這是強制性的。

看看外面的宇宙,雖然星星可能會發出你最先注意到的光,但更深入的觀察表明,外面還有更多。最亮、質量最大的恆星壽命最短,因為它們燃燒燃料的速度遠遠快於質量較小的恆星。一旦它們達到極限,無法再融合元素,它們就會走到生命的盡頭,變成恆星的屍體。

但是這些屍體有很多種類型:質量最小的白矮星(如類日恆星),質量更高的中子星,質量最大的則是黑洞。雖然大多數恆星自轉相對較慢,但黑洞的自轉速度卻接近光速。這似乎違反直覺,但根據物理定律,不可能有其他方式,為什麼?

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​太陽的光線來自核聚變,核聚變主要將氫轉化為氦。當我們測量太陽的自轉速度時,我們發現它是整個太陽系中自轉速度最慢的行星之一,一個360度的自轉需要25到33天,這取決於緯度。

再過70億年左右,在成為一顆紅巨星並燃燒掉其核心的氦之後,它的生命將隨著其外層的爆炸而結束,而它的核心將收縮成恆星的殘餘。

外層將形成一種被稱為行星狀星雲的景象,在將這種物質送回星際介質之前,它將發光數萬年,在那裡它們將參與未來幾代恆星的形成。但是內核,主要由碳和氧組成,會盡可能地收縮。最後,引力坍縮只會停在粒子——原子、離子和電子——太陽的餘民將由其製成。

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為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​這是一個活躍黑洞的例子,它通過兩個垂直的噴流將物質吸積並使一部分物質向外加速。正態物質經歷這樣的加速度,說明類星體的工作原理非常好。所有已知的、測量良好的黑洞都有巨大的旋轉速度,而物理學定律幾乎確保這是強制性的。

看看外面的宇宙,雖然星星可能會發出你最先注意到的光,但更深入的觀察表明,外面還有更多。最亮、質量最大的恆星壽命最短,因為它們燃燒燃料的速度遠遠快於質量較小的恆星。一旦它們達到極限,無法再融合元素,它們就會走到生命的盡頭,變成恆星的屍體。

但是這些屍體有很多種類型:質量最小的白矮星(如類日恆星),質量更高的中子星,質量最大的則是黑洞。雖然大多數恆星自轉相對較慢,但黑洞的自轉速度卻接近光速。這似乎違反直覺,但根據物理定律,不可能有其他方式,為什麼?

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​太陽的光線來自核聚變,核聚變主要將氫轉化為氦。當我們測量太陽的自轉速度時,我們發現它是整個太陽系中自轉速度最慢的行星之一,一個360度的自轉需要25到33天,這取決於緯度。

再過70億年左右,在成為一顆紅巨星並燃燒掉其核心的氦之後,它的生命將隨著其外層的爆炸而結束,而它的核心將收縮成恆星的殘餘。

外層將形成一種被稱為行星狀星雲的景象,在將這種物質送回星際介質之前,它將發光數萬年,在那裡它們將參與未來幾代恆星的形成。但是內核,主要由碳和氧組成,會盡可能地收縮。最後,引力坍縮只會停在粒子——原子、離子和電子——太陽的餘民將由其製成。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​當我們的太陽耗盡燃料時,它將變成一顆紅巨星,接著是一個行星狀星雲,中心有一顆白矮星。貓眼星雲是這一潛在命運的一個視覺壯觀的例子,其複雜的、分層的、不對稱的形狀暗示著一個雙星伴星。在中心,一顆年輕的白矮星在收縮過程中不斷升溫,溫度達到了比產生它的紅巨星高數萬開爾文。

只要不越過臨界質量閾值,這些粒子就足以讓恆星殘骸抵禦引力坍縮,形成一種被稱為白矮星的簡併狀態。它的質量將是其母星的相當大的一部分,但體積卻只剩一小部分:大約和地球一樣大。

天文學家現在對恆星和恆星演化有足夠的瞭解來描述這個過程中發生了什麼。對於像我們的太陽這樣的恆星,大約60%的質量會在外層被排出,而剩下的40%會留在核心。對於更大質量的恆星,其質量是太陽質量的7到8倍,其核心剩餘的質量分數更小,低到高質量一端的18%左右。在地球的天空中最亮的恆星,天狼星,有一個白矮星伴星,可以在下面的哈勃圖像中看到。

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為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​這是一個活躍黑洞的例子,它通過兩個垂直的噴流將物質吸積並使一部分物質向外加速。正態物質經歷這樣的加速度,說明類星體的工作原理非常好。所有已知的、測量良好的黑洞都有巨大的旋轉速度,而物理學定律幾乎確保這是強制性的。

看看外面的宇宙,雖然星星可能會發出你最先注意到的光,但更深入的觀察表明,外面還有更多。最亮、質量最大的恆星壽命最短,因為它們燃燒燃料的速度遠遠快於質量較小的恆星。一旦它們達到極限,無法再融合元素,它們就會走到生命的盡頭,變成恆星的屍體。

但是這些屍體有很多種類型:質量最小的白矮星(如類日恆星),質量更高的中子星,質量最大的則是黑洞。雖然大多數恆星自轉相對較慢,但黑洞的自轉速度卻接近光速。這似乎違反直覺,但根據物理定律,不可能有其他方式,為什麼?

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​太陽的光線來自核聚變,核聚變主要將氫轉化為氦。當我們測量太陽的自轉速度時,我們發現它是整個太陽系中自轉速度最慢的行星之一,一個360度的自轉需要25到33天,這取決於緯度。

再過70億年左右,在成為一顆紅巨星並燃燒掉其核心的氦之後,它的生命將隨著其外層的爆炸而結束,而它的核心將收縮成恆星的殘餘。

外層將形成一種被稱為行星狀星雲的景象,在將這種物質送回星際介質之前,它將發光數萬年,在那裡它們將參與未來幾代恆星的形成。但是內核,主要由碳和氧組成,會盡可能地收縮。最後,引力坍縮只會停在粒子——原子、離子和電子——太陽的餘民將由其製成。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​當我們的太陽耗盡燃料時,它將變成一顆紅巨星,接著是一個行星狀星雲,中心有一顆白矮星。貓眼星雲是這一潛在命運的一個視覺壯觀的例子,其複雜的、分層的、不對稱的形狀暗示著一個雙星伴星。在中心,一顆年輕的白矮星在收縮過程中不斷升溫,溫度達到了比產生它的紅巨星高數萬開爾文。

只要不越過臨界質量閾值,這些粒子就足以讓恆星殘骸抵禦引力坍縮,形成一種被稱為白矮星的簡併狀態。它的質量將是其母星的相當大的一部分,但體積卻只剩一小部分:大約和地球一樣大。

天文學家現在對恆星和恆星演化有足夠的瞭解來描述這個過程中發生了什麼。對於像我們的太陽這樣的恆星,大約60%的質量會在外層被排出,而剩下的40%會留在核心。對於更大質量的恆星,其質量是太陽質量的7到8倍,其核心剩餘的質量分數更小,低到高質量一端的18%左右。在地球的天空中最亮的恆星,天狼星,有一個白矮星伴星,可以在下面的哈勃圖像中看到。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​天狼星A和B,一顆普通(類太陽)恆星和一顆白矮星,由哈勃太空望遠鏡拍攝。儘管白矮星的質量要小得多,但它微小的、類似地球的體積保證了它的逃逸速度要大很多倍。此外,它的旋轉速度將遠遠大於它在全盛時期的旋轉速度,那時它是一顆成熟的恆星。

天狼星A比我們的太陽更明亮,質量更大,我們相信天狼星B曾經講過一個類似的故事,但是它很久以前就耗盡了燃料。今天,天狼星A主宰著這個系統,它的質量大約是我們太陽的兩倍,而天狼星B的質量只大約等於我們太陽的質量。

然而,基於對白矮星脈衝的觀測,我們得到了寶貴的教訓。白矮星不像普通恆星那樣需要幾天甚至大約一個月的時間來完成一個完整的旋轉,而是在一個小時內完成一個360度的旋轉。這可能看起來很奇怪,但如果你看過花樣滑冰的套路,同樣的原理也可以解釋白矮星的轉速:角動量守恆定律。

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為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​這是一個活躍黑洞的例子,它通過兩個垂直的噴流將物質吸積並使一部分物質向外加速。正態物質經歷這樣的加速度,說明類星體的工作原理非常好。所有已知的、測量良好的黑洞都有巨大的旋轉速度,而物理學定律幾乎確保這是強制性的。

看看外面的宇宙,雖然星星可能會發出你最先注意到的光,但更深入的觀察表明,外面還有更多。最亮、質量最大的恆星壽命最短,因為它們燃燒燃料的速度遠遠快於質量較小的恆星。一旦它們達到極限,無法再融合元素,它們就會走到生命的盡頭,變成恆星的屍體。

但是這些屍體有很多種類型:質量最小的白矮星(如類日恆星),質量更高的中子星,質量最大的則是黑洞。雖然大多數恆星自轉相對較慢,但黑洞的自轉速度卻接近光速。這似乎違反直覺,但根據物理定律,不可能有其他方式,為什麼?

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​太陽的光線來自核聚變,核聚變主要將氫轉化為氦。當我們測量太陽的自轉速度時,我們發現它是整個太陽系中自轉速度最慢的行星之一,一個360度的自轉需要25到33天,這取決於緯度。

再過70億年左右,在成為一顆紅巨星並燃燒掉其核心的氦之後,它的生命將隨著其外層的爆炸而結束,而它的核心將收縮成恆星的殘餘。

外層將形成一種被稱為行星狀星雲的景象,在將這種物質送回星際介質之前,它將發光數萬年,在那裡它們將參與未來幾代恆星的形成。但是內核,主要由碳和氧組成,會盡可能地收縮。最後,引力坍縮只會停在粒子——原子、離子和電子——太陽的餘民將由其製成。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​當我們的太陽耗盡燃料時,它將變成一顆紅巨星,接著是一個行星狀星雲,中心有一顆白矮星。貓眼星雲是這一潛在命運的一個視覺壯觀的例子,其複雜的、分層的、不對稱的形狀暗示著一個雙星伴星。在中心,一顆年輕的白矮星在收縮過程中不斷升溫,溫度達到了比產生它的紅巨星高數萬開爾文。

只要不越過臨界質量閾值,這些粒子就足以讓恆星殘骸抵禦引力坍縮,形成一種被稱為白矮星的簡併狀態。它的質量將是其母星的相當大的一部分,但體積卻只剩一小部分:大約和地球一樣大。

天文學家現在對恆星和恆星演化有足夠的瞭解來描述這個過程中發生了什麼。對於像我們的太陽這樣的恆星,大約60%的質量會在外層被排出,而剩下的40%會留在核心。對於更大質量的恆星,其質量是太陽質量的7到8倍,其核心剩餘的質量分數更小,低到高質量一端的18%左右。在地球的天空中最亮的恆星,天狼星,有一個白矮星伴星,可以在下面的哈勃圖像中看到。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​天狼星A和B,一顆普通(類太陽)恆星和一顆白矮星,由哈勃太空望遠鏡拍攝。儘管白矮星的質量要小得多,但它微小的、類似地球的體積保證了它的逃逸速度要大很多倍。此外,它的旋轉速度將遠遠大於它在全盛時期的旋轉速度,那時它是一顆成熟的恆星。

天狼星A比我們的太陽更明亮,質量更大,我們相信天狼星B曾經講過一個類似的故事,但是它很久以前就耗盡了燃料。今天,天狼星A主宰著這個系統,它的質量大約是我們太陽的兩倍,而天狼星B的質量只大約等於我們太陽的質量。

然而,基於對白矮星脈衝的觀測,我們得到了寶貴的教訓。白矮星不像普通恆星那樣需要幾天甚至大約一個月的時間來完成一個完整的旋轉,而是在一個小時內完成一個360度的旋轉。這可能看起來很奇怪,但如果你看過花樣滑冰的套路,同樣的原理也可以解釋白矮星的轉速:角動量守恆定律。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​角動量守恆確保當她把質量拉向旋轉軸的中心時,她的角速度加快來補償。

那麼,如果你把一顆像太陽這樣的恆星——具有太陽的質量、體積和轉速——壓縮成地球大小的體積,會發生什麼呢?

信不信由你,如果你假設角動量是守恆的,太陽和我們想象的壓縮太陽都是球體,這是一個完全可以解決的問題只有一個可能的答案。如果認為太陽的整體旋轉每隔33天,只有內40%的太陽變成白矮星,你會得到一個驚人的答案:太陽,白矮星,將在短短25分鐘完成一個旋轉。

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為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​這是一個活躍黑洞的例子,它通過兩個垂直的噴流將物質吸積並使一部分物質向外加速。正態物質經歷這樣的加速度,說明類星體的工作原理非常好。所有已知的、測量良好的黑洞都有巨大的旋轉速度,而物理學定律幾乎確保這是強制性的。

看看外面的宇宙,雖然星星可能會發出你最先注意到的光,但更深入的觀察表明,外面還有更多。最亮、質量最大的恆星壽命最短,因為它們燃燒燃料的速度遠遠快於質量較小的恆星。一旦它們達到極限,無法再融合元素,它們就會走到生命的盡頭,變成恆星的屍體。

但是這些屍體有很多種類型:質量最小的白矮星(如類日恆星),質量更高的中子星,質量最大的則是黑洞。雖然大多數恆星自轉相對較慢,但黑洞的自轉速度卻接近光速。這似乎違反直覺,但根據物理定律,不可能有其他方式,為什麼?

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​太陽的光線來自核聚變,核聚變主要將氫轉化為氦。當我們測量太陽的自轉速度時,我們發現它是整個太陽系中自轉速度最慢的行星之一,一個360度的自轉需要25到33天,這取決於緯度。

再過70億年左右,在成為一顆紅巨星並燃燒掉其核心的氦之後,它的生命將隨著其外層的爆炸而結束,而它的核心將收縮成恆星的殘餘。

外層將形成一種被稱為行星狀星雲的景象,在將這種物質送回星際介質之前,它將發光數萬年,在那裡它們將參與未來幾代恆星的形成。但是內核,主要由碳和氧組成,會盡可能地收縮。最後,引力坍縮只會停在粒子——原子、離子和電子——太陽的餘民將由其製成。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​當我們的太陽耗盡燃料時,它將變成一顆紅巨星,接著是一個行星狀星雲,中心有一顆白矮星。貓眼星雲是這一潛在命運的一個視覺壯觀的例子,其複雜的、分層的、不對稱的形狀暗示著一個雙星伴星。在中心,一顆年輕的白矮星在收縮過程中不斷升溫,溫度達到了比產生它的紅巨星高數萬開爾文。

只要不越過臨界質量閾值,這些粒子就足以讓恆星殘骸抵禦引力坍縮,形成一種被稱為白矮星的簡併狀態。它的質量將是其母星的相當大的一部分,但體積卻只剩一小部分:大約和地球一樣大。

天文學家現在對恆星和恆星演化有足夠的瞭解來描述這個過程中發生了什麼。對於像我們的太陽這樣的恆星,大約60%的質量會在外層被排出,而剩下的40%會留在核心。對於更大質量的恆星,其質量是太陽質量的7到8倍,其核心剩餘的質量分數更小,低到高質量一端的18%左右。在地球的天空中最亮的恆星,天狼星,有一個白矮星伴星,可以在下面的哈勃圖像中看到。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​天狼星A和B,一顆普通(類太陽)恆星和一顆白矮星,由哈勃太空望遠鏡拍攝。儘管白矮星的質量要小得多,但它微小的、類似地球的體積保證了它的逃逸速度要大很多倍。此外,它的旋轉速度將遠遠大於它在全盛時期的旋轉速度,那時它是一顆成熟的恆星。

天狼星A比我們的太陽更明亮,質量更大,我們相信天狼星B曾經講過一個類似的故事,但是它很久以前就耗盡了燃料。今天,天狼星A主宰著這個系統,它的質量大約是我們太陽的兩倍,而天狼星B的質量只大約等於我們太陽的質量。

然而,基於對白矮星脈衝的觀測,我們得到了寶貴的教訓。白矮星不像普通恆星那樣需要幾天甚至大約一個月的時間來完成一個完整的旋轉,而是在一個小時內完成一個360度的旋轉。這可能看起來很奇怪,但如果你看過花樣滑冰的套路,同樣的原理也可以解釋白矮星的轉速:角動量守恆定律。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​角動量守恆確保當她把質量拉向旋轉軸的中心時,她的角速度加快來補償。

那麼,如果你把一顆像太陽這樣的恆星——具有太陽的質量、體積和轉速——壓縮成地球大小的體積,會發生什麼呢?

信不信由你,如果你假設角動量是守恆的,太陽和我們想象的壓縮太陽都是球體,這是一個完全可以解決的問題只有一個可能的答案。如果認為太陽的整體旋轉每隔33天,只有內40%的太陽變成白矮星,你會得到一個驚人的答案:太陽,白矮星,將在短短25分鐘完成一個旋轉。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​當質量較低的類太陽恆星耗盡燃料時,它們會在行星狀星雲中爆炸掉外層,但中心收縮形成一顆白矮星,這需要很長時間才會消失在黑暗中。太陽產生的行星狀星雲應該會完全消失,在大約95億年之後,只剩下白矮星和我們的剩餘行星。有時,物體會被潮汐撕裂,給我們太陽系的剩餘部分添加灰塵環,但它們是短暫的。白矮星將會比我們現在的太陽旋轉得快得多。

通過讓所有的質量都靠近恆星殘骸的旋轉軸,我們確保了它的轉速一定會上升。一般來說,如果把一個物體旋轉時的半徑減半,它的轉速就會增加四倍。

不出所料,你可能會開始問中子星或黑洞:甚至更極端的物體。中子星通常是一顆質量大得多的恆星在超新星中結束生命的產物,在超新星中,核心的粒子被壓縮得如此之緊,以至於它表現得像一個巨大的原子核,幾乎完全由中子(90%或更多)組成。中子星的質量通常是太陽的兩倍,但直徑只有20至40公里。它們的旋轉速度比任何已知的恆星或白矮星都要快得多。

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為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​這是一個活躍黑洞的例子,它通過兩個垂直的噴流將物質吸積並使一部分物質向外加速。正態物質經歷這樣的加速度,說明類星體的工作原理非常好。所有已知的、測量良好的黑洞都有巨大的旋轉速度,而物理學定律幾乎確保這是強制性的。

看看外面的宇宙,雖然星星可能會發出你最先注意到的光,但更深入的觀察表明,外面還有更多。最亮、質量最大的恆星壽命最短,因為它們燃燒燃料的速度遠遠快於質量較小的恆星。一旦它們達到極限,無法再融合元素,它們就會走到生命的盡頭,變成恆星的屍體。

但是這些屍體有很多種類型:質量最小的白矮星(如類日恆星),質量更高的中子星,質量最大的則是黑洞。雖然大多數恆星自轉相對較慢,但黑洞的自轉速度卻接近光速。這似乎違反直覺,但根據物理定律,不可能有其他方式,為什麼?

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​太陽的光線來自核聚變,核聚變主要將氫轉化為氦。當我們測量太陽的自轉速度時,我們發現它是整個太陽系中自轉速度最慢的行星之一,一個360度的自轉需要25到33天,這取決於緯度。

再過70億年左右,在成為一顆紅巨星並燃燒掉其核心的氦之後,它的生命將隨著其外層的爆炸而結束,而它的核心將收縮成恆星的殘餘。

外層將形成一種被稱為行星狀星雲的景象,在將這種物質送回星際介質之前,它將發光數萬年,在那裡它們將參與未來幾代恆星的形成。但是內核,主要由碳和氧組成,會盡可能地收縮。最後,引力坍縮只會停在粒子——原子、離子和電子——太陽的餘民將由其製成。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​當我們的太陽耗盡燃料時,它將變成一顆紅巨星,接著是一個行星狀星雲,中心有一顆白矮星。貓眼星雲是這一潛在命運的一個視覺壯觀的例子,其複雜的、分層的、不對稱的形狀暗示著一個雙星伴星。在中心,一顆年輕的白矮星在收縮過程中不斷升溫,溫度達到了比產生它的紅巨星高數萬開爾文。

只要不越過臨界質量閾值,這些粒子就足以讓恆星殘骸抵禦引力坍縮,形成一種被稱為白矮星的簡併狀態。它的質量將是其母星的相當大的一部分,但體積卻只剩一小部分:大約和地球一樣大。

天文學家現在對恆星和恆星演化有足夠的瞭解來描述這個過程中發生了什麼。對於像我們的太陽這樣的恆星,大約60%的質量會在外層被排出,而剩下的40%會留在核心。對於更大質量的恆星,其質量是太陽質量的7到8倍,其核心剩餘的質量分數更小,低到高質量一端的18%左右。在地球的天空中最亮的恆星,天狼星,有一個白矮星伴星,可以在下面的哈勃圖像中看到。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​天狼星A和B,一顆普通(類太陽)恆星和一顆白矮星,由哈勃太空望遠鏡拍攝。儘管白矮星的質量要小得多,但它微小的、類似地球的體積保證了它的逃逸速度要大很多倍。此外,它的旋轉速度將遠遠大於它在全盛時期的旋轉速度,那時它是一顆成熟的恆星。

天狼星A比我們的太陽更明亮,質量更大,我們相信天狼星B曾經講過一個類似的故事,但是它很久以前就耗盡了燃料。今天,天狼星A主宰著這個系統,它的質量大約是我們太陽的兩倍,而天狼星B的質量只大約等於我們太陽的質量。

然而,基於對白矮星脈衝的觀測,我們得到了寶貴的教訓。白矮星不像普通恆星那樣需要幾天甚至大約一個月的時間來完成一個完整的旋轉,而是在一個小時內完成一個360度的旋轉。這可能看起來很奇怪,但如果你看過花樣滑冰的套路,同樣的原理也可以解釋白矮星的轉速:角動量守恆定律。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​角動量守恆確保當她把質量拉向旋轉軸的中心時,她的角速度加快來補償。

那麼,如果你把一顆像太陽這樣的恆星——具有太陽的質量、體積和轉速——壓縮成地球大小的體積,會發生什麼呢?

信不信由你,如果你假設角動量是守恆的,太陽和我們想象的壓縮太陽都是球體,這是一個完全可以解決的問題只有一個可能的答案。如果認為太陽的整體旋轉每隔33天,只有內40%的太陽變成白矮星,你會得到一個驚人的答案:太陽,白矮星,將在短短25分鐘完成一個旋轉。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​當質量較低的類太陽恆星耗盡燃料時,它們會在行星狀星雲中爆炸掉外層,但中心收縮形成一顆白矮星,這需要很長時間才會消失在黑暗中。太陽產生的行星狀星雲應該會完全消失,在大約95億年之後,只剩下白矮星和我們的剩餘行星。有時,物體會被潮汐撕裂,給我們太陽系的剩餘部分添加灰塵環,但它們是短暫的。白矮星將會比我們現在的太陽旋轉得快得多。

通過讓所有的質量都靠近恆星殘骸的旋轉軸,我們確保了它的轉速一定會上升。一般來說,如果把一個物體旋轉時的半徑減半,它的轉速就會增加四倍。

不出所料,你可能會開始問中子星或黑洞:甚至更極端的物體。中子星通常是一顆質量大得多的恆星在超新星中結束生命的產物,在超新星中,核心的粒子被壓縮得如此之緊,以至於它表現得像一個巨大的原子核,幾乎完全由中子(90%或更多)組成。中子星的質量通常是太陽的兩倍,但直徑只有20至40公里。它們的旋轉速度比任何已知的恆星或白矮星都要快得多。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​中子星是宇宙中密度最大的物質集合之一,但它們的質量有一個上限。超過它,中子星將進一步坍縮形成黑洞。我們所發現的自轉速度最快的中子星是一顆脈衝星,它每秒旋轉766次。

如果你把整個太陽壓縮成一個直徑40千米的體積,你會得到一個比白矮星更快的旋轉速度:大約10毫秒轉一圈。同樣的原理,我們應用在花樣滑冰運動員身上,關於角動量守恆,使我們得出結論,中子星可以在一秒鐘內完成100多個完整的旋轉。

事實上,這與我們的實際觀測完全吻合。一些中子星沿著地球的視線發射射電脈衝:脈衝星。我們可以測量這些物體的脈衝週期,雖然有些物體旋轉大約需要一秒鐘的時間,但有些物體旋轉僅需1.3毫秒,最高可達每秒766次。

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為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​這是一個活躍黑洞的例子,它通過兩個垂直的噴流將物質吸積並使一部分物質向外加速。正態物質經歷這樣的加速度,說明類星體的工作原理非常好。所有已知的、測量良好的黑洞都有巨大的旋轉速度,而物理學定律幾乎確保這是強制性的。

看看外面的宇宙,雖然星星可能會發出你最先注意到的光,但更深入的觀察表明,外面還有更多。最亮、質量最大的恆星壽命最短,因為它們燃燒燃料的速度遠遠快於質量較小的恆星。一旦它們達到極限,無法再融合元素,它們就會走到生命的盡頭,變成恆星的屍體。

但是這些屍體有很多種類型:質量最小的白矮星(如類日恆星),質量更高的中子星,質量最大的則是黑洞。雖然大多數恆星自轉相對較慢,但黑洞的自轉速度卻接近光速。這似乎違反直覺,但根據物理定律,不可能有其他方式,為什麼?

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​太陽的光線來自核聚變,核聚變主要將氫轉化為氦。當我們測量太陽的自轉速度時,我們發現它是整個太陽系中自轉速度最慢的行星之一,一個360度的自轉需要25到33天,這取決於緯度。

再過70億年左右,在成為一顆紅巨星並燃燒掉其核心的氦之後,它的生命將隨著其外層的爆炸而結束,而它的核心將收縮成恆星的殘餘。

外層將形成一種被稱為行星狀星雲的景象,在將這種物質送回星際介質之前,它將發光數萬年,在那裡它們將參與未來幾代恆星的形成。但是內核,主要由碳和氧組成,會盡可能地收縮。最後,引力坍縮只會停在粒子——原子、離子和電子——太陽的餘民將由其製成。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​當我們的太陽耗盡燃料時,它將變成一顆紅巨星,接著是一個行星狀星雲,中心有一顆白矮星。貓眼星雲是這一潛在命運的一個視覺壯觀的例子,其複雜的、分層的、不對稱的形狀暗示著一個雙星伴星。在中心,一顆年輕的白矮星在收縮過程中不斷升溫,溫度達到了比產生它的紅巨星高數萬開爾文。

只要不越過臨界質量閾值,這些粒子就足以讓恆星殘骸抵禦引力坍縮,形成一種被稱為白矮星的簡併狀態。它的質量將是其母星的相當大的一部分,但體積卻只剩一小部分:大約和地球一樣大。

天文學家現在對恆星和恆星演化有足夠的瞭解來描述這個過程中發生了什麼。對於像我們的太陽這樣的恆星,大約60%的質量會在外層被排出,而剩下的40%會留在核心。對於更大質量的恆星,其質量是太陽質量的7到8倍,其核心剩餘的質量分數更小,低到高質量一端的18%左右。在地球的天空中最亮的恆星,天狼星,有一個白矮星伴星,可以在下面的哈勃圖像中看到。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​天狼星A和B,一顆普通(類太陽)恆星和一顆白矮星,由哈勃太空望遠鏡拍攝。儘管白矮星的質量要小得多,但它微小的、類似地球的體積保證了它的逃逸速度要大很多倍。此外,它的旋轉速度將遠遠大於它在全盛時期的旋轉速度,那時它是一顆成熟的恆星。

天狼星A比我們的太陽更明亮,質量更大,我們相信天狼星B曾經講過一個類似的故事,但是它很久以前就耗盡了燃料。今天,天狼星A主宰著這個系統,它的質量大約是我們太陽的兩倍,而天狼星B的質量只大約等於我們太陽的質量。

然而,基於對白矮星脈衝的觀測,我們得到了寶貴的教訓。白矮星不像普通恆星那樣需要幾天甚至大約一個月的時間來完成一個完整的旋轉,而是在一個小時內完成一個360度的旋轉。這可能看起來很奇怪,但如果你看過花樣滑冰的套路,同樣的原理也可以解釋白矮星的轉速:角動量守恆定律。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​角動量守恆確保當她把質量拉向旋轉軸的中心時,她的角速度加快來補償。

那麼,如果你把一顆像太陽這樣的恆星——具有太陽的質量、體積和轉速——壓縮成地球大小的體積,會發生什麼呢?

信不信由你,如果你假設角動量是守恆的,太陽和我們想象的壓縮太陽都是球體,這是一個完全可以解決的問題只有一個可能的答案。如果認為太陽的整體旋轉每隔33天,只有內40%的太陽變成白矮星,你會得到一個驚人的答案:太陽,白矮星,將在短短25分鐘完成一個旋轉。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​當質量較低的類太陽恆星耗盡燃料時,它們會在行星狀星雲中爆炸掉外層,但中心收縮形成一顆白矮星,這需要很長時間才會消失在黑暗中。太陽產生的行星狀星雲應該會完全消失,在大約95億年之後,只剩下白矮星和我們的剩餘行星。有時,物體會被潮汐撕裂,給我們太陽系的剩餘部分添加灰塵環,但它們是短暫的。白矮星將會比我們現在的太陽旋轉得快得多。

通過讓所有的質量都靠近恆星殘骸的旋轉軸,我們確保了它的轉速一定會上升。一般來說,如果把一個物體旋轉時的半徑減半,它的轉速就會增加四倍。

不出所料,你可能會開始問中子星或黑洞:甚至更極端的物體。中子星通常是一顆質量大得多的恆星在超新星中結束生命的產物,在超新星中,核心的粒子被壓縮得如此之緊,以至於它表現得像一個巨大的原子核,幾乎完全由中子(90%或更多)組成。中子星的質量通常是太陽的兩倍,但直徑只有20至40公里。它們的旋轉速度比任何已知的恆星或白矮星都要快得多。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​中子星是宇宙中密度最大的物質集合之一,但它們的質量有一個上限。超過它,中子星將進一步坍縮形成黑洞。我們所發現的自轉速度最快的中子星是一顆脈衝星,它每秒旋轉766次。

如果你把整個太陽壓縮成一個直徑40千米的體積,你會得到一個比白矮星更快的旋轉速度:大約10毫秒轉一圈。同樣的原理,我們應用在花樣滑冰運動員身上,關於角動量守恆,使我們得出結論,中子星可以在一秒鐘內完成100多個完整的旋轉。

事實上,這與我們的實際觀測完全吻合。一些中子星沿著地球的視線發射射電脈衝:脈衝星。我們可以測量這些物體的脈衝週期,雖然有些物體旋轉大約需要一秒鐘的時間,但有些物體旋轉僅需1.3毫秒,最高可達每秒766次。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​中子星很小,整體光度很低,但它很熱,需要很長時間才能冷卻下來。如果你的眼睛足夠好,你會看到它在宇宙現在的年齡照耀數百萬次。中子星從x射線發射光線到光譜的射電部分,有些中子星每旋轉一次就會產生脈衝,使我們能夠測量它們的旋轉週期。

這些毫秒脈衝星移動得很快。在它們的表面,這些旋轉速度與相對論速度相對應:對於最極端的物體,其速度超過光速的50%。但是中子星並不是宇宙中密度最大的物體,這個榮譽屬於黑洞,它把所有的質量壓縮到一個空間區域,在那裡,即使是一個以光速運動的物體也無法逃離它。

如果你把太陽壓縮成一個半徑只有3千米的體積,這將迫使它形成一個黑洞。然而,角動量守恆意味著這個內部區域的大部分會經歷劇烈的框架拖曳,以至於空間本身會以接近光速的速度被拖曳,甚至在黑洞的史瓦西半徑之外。你壓縮的質量越大,空間結構本身被拖拽的速度就越快。

"


為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​這是一個活躍黑洞的例子,它通過兩個垂直的噴流將物質吸積並使一部分物質向外加速。正態物質經歷這樣的加速度,說明類星體的工作原理非常好。所有已知的、測量良好的黑洞都有巨大的旋轉速度,而物理學定律幾乎確保這是強制性的。

看看外面的宇宙,雖然星星可能會發出你最先注意到的光,但更深入的觀察表明,外面還有更多。最亮、質量最大的恆星壽命最短,因為它們燃燒燃料的速度遠遠快於質量較小的恆星。一旦它們達到極限,無法再融合元素,它們就會走到生命的盡頭,變成恆星的屍體。

但是這些屍體有很多種類型:質量最小的白矮星(如類日恆星),質量更高的中子星,質量最大的則是黑洞。雖然大多數恆星自轉相對較慢,但黑洞的自轉速度卻接近光速。這似乎違反直覺,但根據物理定律,不可能有其他方式,為什麼?

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​太陽的光線來自核聚變,核聚變主要將氫轉化為氦。當我們測量太陽的自轉速度時,我們發現它是整個太陽系中自轉速度最慢的行星之一,一個360度的自轉需要25到33天,這取決於緯度。

再過70億年左右,在成為一顆紅巨星並燃燒掉其核心的氦之後,它的生命將隨著其外層的爆炸而結束,而它的核心將收縮成恆星的殘餘。

外層將形成一種被稱為行星狀星雲的景象,在將這種物質送回星際介質之前,它將發光數萬年,在那裡它們將參與未來幾代恆星的形成。但是內核,主要由碳和氧組成,會盡可能地收縮。最後,引力坍縮只會停在粒子——原子、離子和電子——太陽的餘民將由其製成。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​當我們的太陽耗盡燃料時,它將變成一顆紅巨星,接著是一個行星狀星雲,中心有一顆白矮星。貓眼星雲是這一潛在命運的一個視覺壯觀的例子,其複雜的、分層的、不對稱的形狀暗示著一個雙星伴星。在中心,一顆年輕的白矮星在收縮過程中不斷升溫,溫度達到了比產生它的紅巨星高數萬開爾文。

只要不越過臨界質量閾值,這些粒子就足以讓恆星殘骸抵禦引力坍縮,形成一種被稱為白矮星的簡併狀態。它的質量將是其母星的相當大的一部分,但體積卻只剩一小部分:大約和地球一樣大。

天文學家現在對恆星和恆星演化有足夠的瞭解來描述這個過程中發生了什麼。對於像我們的太陽這樣的恆星,大約60%的質量會在外層被排出,而剩下的40%會留在核心。對於更大質量的恆星,其質量是太陽質量的7到8倍,其核心剩餘的質量分數更小,低到高質量一端的18%左右。在地球的天空中最亮的恆星,天狼星,有一個白矮星伴星,可以在下面的哈勃圖像中看到。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​天狼星A和B,一顆普通(類太陽)恆星和一顆白矮星,由哈勃太空望遠鏡拍攝。儘管白矮星的質量要小得多,但它微小的、類似地球的體積保證了它的逃逸速度要大很多倍。此外,它的旋轉速度將遠遠大於它在全盛時期的旋轉速度,那時它是一顆成熟的恆星。

天狼星A比我們的太陽更明亮,質量更大,我們相信天狼星B曾經講過一個類似的故事,但是它很久以前就耗盡了燃料。今天,天狼星A主宰著這個系統,它的質量大約是我們太陽的兩倍,而天狼星B的質量只大約等於我們太陽的質量。

然而,基於對白矮星脈衝的觀測,我們得到了寶貴的教訓。白矮星不像普通恆星那樣需要幾天甚至大約一個月的時間來完成一個完整的旋轉,而是在一個小時內完成一個360度的旋轉。這可能看起來很奇怪,但如果你看過花樣滑冰的套路,同樣的原理也可以解釋白矮星的轉速:角動量守恆定律。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​角動量守恆確保當她把質量拉向旋轉軸的中心時,她的角速度加快來補償。

那麼,如果你把一顆像太陽這樣的恆星——具有太陽的質量、體積和轉速——壓縮成地球大小的體積,會發生什麼呢?

信不信由你,如果你假設角動量是守恆的,太陽和我們想象的壓縮太陽都是球體,這是一個完全可以解決的問題只有一個可能的答案。如果認為太陽的整體旋轉每隔33天,只有內40%的太陽變成白矮星,你會得到一個驚人的答案:太陽,白矮星,將在短短25分鐘完成一個旋轉。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​當質量較低的類太陽恆星耗盡燃料時,它們會在行星狀星雲中爆炸掉外層,但中心收縮形成一顆白矮星,這需要很長時間才會消失在黑暗中。太陽產生的行星狀星雲應該會完全消失,在大約95億年之後,只剩下白矮星和我們的剩餘行星。有時,物體會被潮汐撕裂,給我們太陽系的剩餘部分添加灰塵環,但它們是短暫的。白矮星將會比我們現在的太陽旋轉得快得多。

通過讓所有的質量都靠近恆星殘骸的旋轉軸,我們確保了它的轉速一定會上升。一般來說,如果把一個物體旋轉時的半徑減半,它的轉速就會增加四倍。

不出所料,你可能會開始問中子星或黑洞:甚至更極端的物體。中子星通常是一顆質量大得多的恆星在超新星中結束生命的產物,在超新星中,核心的粒子被壓縮得如此之緊,以至於它表現得像一個巨大的原子核,幾乎完全由中子(90%或更多)組成。中子星的質量通常是太陽的兩倍,但直徑只有20至40公里。它們的旋轉速度比任何已知的恆星或白矮星都要快得多。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​中子星是宇宙中密度最大的物質集合之一,但它們的質量有一個上限。超過它,中子星將進一步坍縮形成黑洞。我們所發現的自轉速度最快的中子星是一顆脈衝星,它每秒旋轉766次。

如果你把整個太陽壓縮成一個直徑40千米的體積,你會得到一個比白矮星更快的旋轉速度:大約10毫秒轉一圈。同樣的原理,我們應用在花樣滑冰運動員身上,關於角動量守恆,使我們得出結論,中子星可以在一秒鐘內完成100多個完整的旋轉。

事實上,這與我們的實際觀測完全吻合。一些中子星沿著地球的視線發射射電脈衝:脈衝星。我們可以測量這些物體的脈衝週期,雖然有些物體旋轉大約需要一秒鐘的時間,但有些物體旋轉僅需1.3毫秒,最高可達每秒766次。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​中子星很小,整體光度很低,但它很熱,需要很長時間才能冷卻下來。如果你的眼睛足夠好,你會看到它在宇宙現在的年齡照耀數百萬次。中子星從x射線發射光線到光譜的射電部分,有些中子星每旋轉一次就會產生脈衝,使我們能夠測量它們的旋轉週期。

這些毫秒脈衝星移動得很快。在它們的表面,這些旋轉速度與相對論速度相對應:對於最極端的物體,其速度超過光速的50%。但是中子星並不是宇宙中密度最大的物體,這個榮譽屬於黑洞,它把所有的質量壓縮到一個空間區域,在那裡,即使是一個以光速運動的物體也無法逃離它。

如果你把太陽壓縮成一個半徑只有3千米的體積,這將迫使它形成一個黑洞。然而,角動量守恆意味著這個內部區域的大部分會經歷劇烈的框架拖曳,以至於空間本身會以接近光速的速度被拖曳,甚至在黑洞的史瓦西半徑之外。你壓縮的質量越大,空間結構本身被拖拽的速度就越快。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​當一顆質量足夠大的恆星結束它的生命,或者兩顆質量足夠大的恆星殘骸合併,就會形成一個黑洞,其視界與質量成正比,周圍還會形成一個吸積盤,吸積盤裡的物質會不斷向外沉降。當黑洞旋轉時,視界內外的空間也會旋轉:這是幀拖拽的效果,這對黑洞來說可能是巨大的。

實際上,我們無法測量空間本身的幀拖拽。但是我們可以測量存在於那個空間內的物質的幀拖拽效應,對於黑洞來說,這意味著觀察吸積盤和這些黑洞周圍的吸積流。也許矛盾的是,質量最小的黑洞,也就是視界最小的黑洞,其視界附近的空間曲率卻最大。

因此,你可能認為他們會成為測試這些幀拖拽效果的最佳實驗室。但在這方面,大自然讓我們感到意外:在星系NGC 1365的中心有一個超大質量黑洞,它的外部體積釋放出的輻射被探測到並測量出來,顯示了它的速度。即使在這麼遠的距離內,這種物質仍以84%的光速旋轉。如果你堅持角動量守恆,就不可能有其他的方式。

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為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​這是一個活躍黑洞的例子,它通過兩個垂直的噴流將物質吸積並使一部分物質向外加速。正態物質經歷這樣的加速度,說明類星體的工作原理非常好。所有已知的、測量良好的黑洞都有巨大的旋轉速度,而物理學定律幾乎確保這是強制性的。

看看外面的宇宙,雖然星星可能會發出你最先注意到的光,但更深入的觀察表明,外面還有更多。最亮、質量最大的恆星壽命最短,因為它們燃燒燃料的速度遠遠快於質量較小的恆星。一旦它們達到極限,無法再融合元素,它們就會走到生命的盡頭,變成恆星的屍體。

但是這些屍體有很多種類型:質量最小的白矮星(如類日恆星),質量更高的中子星,質量最大的則是黑洞。雖然大多數恆星自轉相對較慢,但黑洞的自轉速度卻接近光速。這似乎違反直覺,但根據物理定律,不可能有其他方式,為什麼?

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​太陽的光線來自核聚變,核聚變主要將氫轉化為氦。當我們測量太陽的自轉速度時,我們發現它是整個太陽系中自轉速度最慢的行星之一,一個360度的自轉需要25到33天,這取決於緯度。

再過70億年左右,在成為一顆紅巨星並燃燒掉其核心的氦之後,它的生命將隨著其外層的爆炸而結束,而它的核心將收縮成恆星的殘餘。

外層將形成一種被稱為行星狀星雲的景象,在將這種物質送回星際介質之前,它將發光數萬年,在那裡它們將參與未來幾代恆星的形成。但是內核,主要由碳和氧組成,會盡可能地收縮。最後,引力坍縮只會停在粒子——原子、離子和電子——太陽的餘民將由其製成。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​當我們的太陽耗盡燃料時,它將變成一顆紅巨星,接著是一個行星狀星雲,中心有一顆白矮星。貓眼星雲是這一潛在命運的一個視覺壯觀的例子,其複雜的、分層的、不對稱的形狀暗示著一個雙星伴星。在中心,一顆年輕的白矮星在收縮過程中不斷升溫,溫度達到了比產生它的紅巨星高數萬開爾文。

只要不越過臨界質量閾值,這些粒子就足以讓恆星殘骸抵禦引力坍縮,形成一種被稱為白矮星的簡併狀態。它的質量將是其母星的相當大的一部分,但體積卻只剩一小部分:大約和地球一樣大。

天文學家現在對恆星和恆星演化有足夠的瞭解來描述這個過程中發生了什麼。對於像我們的太陽這樣的恆星,大約60%的質量會在外層被排出,而剩下的40%會留在核心。對於更大質量的恆星,其質量是太陽質量的7到8倍,其核心剩餘的質量分數更小,低到高質量一端的18%左右。在地球的天空中最亮的恆星,天狼星,有一個白矮星伴星,可以在下面的哈勃圖像中看到。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​天狼星A和B,一顆普通(類太陽)恆星和一顆白矮星,由哈勃太空望遠鏡拍攝。儘管白矮星的質量要小得多,但它微小的、類似地球的體積保證了它的逃逸速度要大很多倍。此外,它的旋轉速度將遠遠大於它在全盛時期的旋轉速度,那時它是一顆成熟的恆星。

天狼星A比我們的太陽更明亮,質量更大,我們相信天狼星B曾經講過一個類似的故事,但是它很久以前就耗盡了燃料。今天,天狼星A主宰著這個系統,它的質量大約是我們太陽的兩倍,而天狼星B的質量只大約等於我們太陽的質量。

然而,基於對白矮星脈衝的觀測,我們得到了寶貴的教訓。白矮星不像普通恆星那樣需要幾天甚至大約一個月的時間來完成一個完整的旋轉,而是在一個小時內完成一個360度的旋轉。這可能看起來很奇怪,但如果你看過花樣滑冰的套路,同樣的原理也可以解釋白矮星的轉速:角動量守恆定律。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​角動量守恆確保當她把質量拉向旋轉軸的中心時,她的角速度加快來補償。

那麼,如果你把一顆像太陽這樣的恆星——具有太陽的質量、體積和轉速——壓縮成地球大小的體積,會發生什麼呢?

信不信由你,如果你假設角動量是守恆的,太陽和我們想象的壓縮太陽都是球體,這是一個完全可以解決的問題只有一個可能的答案。如果認為太陽的整體旋轉每隔33天,只有內40%的太陽變成白矮星,你會得到一個驚人的答案:太陽,白矮星,將在短短25分鐘完成一個旋轉。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​當質量較低的類太陽恆星耗盡燃料時,它們會在行星狀星雲中爆炸掉外層,但中心收縮形成一顆白矮星,這需要很長時間才會消失在黑暗中。太陽產生的行星狀星雲應該會完全消失,在大約95億年之後,只剩下白矮星和我們的剩餘行星。有時,物體會被潮汐撕裂,給我們太陽系的剩餘部分添加灰塵環,但它們是短暫的。白矮星將會比我們現在的太陽旋轉得快得多。

通過讓所有的質量都靠近恆星殘骸的旋轉軸,我們確保了它的轉速一定會上升。一般來說,如果把一個物體旋轉時的半徑減半,它的轉速就會增加四倍。

不出所料,你可能會開始問中子星或黑洞:甚至更極端的物體。中子星通常是一顆質量大得多的恆星在超新星中結束生命的產物,在超新星中,核心的粒子被壓縮得如此之緊,以至於它表現得像一個巨大的原子核,幾乎完全由中子(90%或更多)組成。中子星的質量通常是太陽的兩倍,但直徑只有20至40公里。它們的旋轉速度比任何已知的恆星或白矮星都要快得多。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​中子星是宇宙中密度最大的物質集合之一,但它們的質量有一個上限。超過它,中子星將進一步坍縮形成黑洞。我們所發現的自轉速度最快的中子星是一顆脈衝星,它每秒旋轉766次。

如果你把整個太陽壓縮成一個直徑40千米的體積,你會得到一個比白矮星更快的旋轉速度:大約10毫秒轉一圈。同樣的原理,我們應用在花樣滑冰運動員身上,關於角動量守恆,使我們得出結論,中子星可以在一秒鐘內完成100多個完整的旋轉。

事實上,這與我們的實際觀測完全吻合。一些中子星沿著地球的視線發射射電脈衝:脈衝星。我們可以測量這些物體的脈衝週期,雖然有些物體旋轉大約需要一秒鐘的時間,但有些物體旋轉僅需1.3毫秒,最高可達每秒766次。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​中子星很小,整體光度很低,但它很熱,需要很長時間才能冷卻下來。如果你的眼睛足夠好,你會看到它在宇宙現在的年齡照耀數百萬次。中子星從x射線發射光線到光譜的射電部分,有些中子星每旋轉一次就會產生脈衝,使我們能夠測量它們的旋轉週期。

這些毫秒脈衝星移動得很快。在它們的表面,這些旋轉速度與相對論速度相對應:對於最極端的物體,其速度超過光速的50%。但是中子星並不是宇宙中密度最大的物體,這個榮譽屬於黑洞,它把所有的質量壓縮到一個空間區域,在那裡,即使是一個以光速運動的物體也無法逃離它。

如果你把太陽壓縮成一個半徑只有3千米的體積,這將迫使它形成一個黑洞。然而,角動量守恆意味著這個內部區域的大部分會經歷劇烈的框架拖曳,以至於空間本身會以接近光速的速度被拖曳,甚至在黑洞的史瓦西半徑之外。你壓縮的質量越大,空間結構本身被拖拽的速度就越快。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​當一顆質量足夠大的恆星結束它的生命,或者兩顆質量足夠大的恆星殘骸合併,就會形成一個黑洞,其視界與質量成正比,周圍還會形成一個吸積盤,吸積盤裡的物質會不斷向外沉降。當黑洞旋轉時,視界內外的空間也會旋轉:這是幀拖拽的效果,這對黑洞來說可能是巨大的。

實際上,我們無法測量空間本身的幀拖拽。但是我們可以測量存在於那個空間內的物質的幀拖拽效應,對於黑洞來說,這意味著觀察吸積盤和這些黑洞周圍的吸積流。也許矛盾的是,質量最小的黑洞,也就是視界最小的黑洞,其視界附近的空間曲率卻最大。

因此,你可能認為他們會成為測試這些幀拖拽效果的最佳實驗室。但在這方面,大自然讓我們感到意外:在星系NGC 1365的中心有一個超大質量黑洞,它的外部體積釋放出的輻射被探測到並測量出來,顯示了它的速度。即使在這麼遠的距離內,這種物質仍以84%的光速旋轉。如果你堅持角動量守恆,就不可能有其他的方式。

為什麼黑洞必須以幾乎接近光的速度旋轉?

  • ​而多時空內外流動的概念(外部)為一個旋轉的黑洞活動視界是類似於一個旋轉的黑洞,有一些根本性的差異,導致一些非常不同的細節當你考慮一個觀察者失敗,地平線會看到外面的(內部)的世界。當你遇到外部視界時,模擬會崩潰。

這是一件極其困難的事情黑洞應該以接近光速的速度旋轉。畢竟,黑洞形成的恆星自轉極其緩慢,即使按照地球每24小時自轉一次的標準來看也是如此。但是如果你還記得我們宇宙中的大多數恆星也有巨大的體積,你就會意識到它們包含著巨大的角動量。

如果將該卷壓縮到非常小,那麼這些對象就沒有選擇。如果角動量必須守恆,它們所能做的就是加速旋轉,直到幾乎達到光速。在這一點上,引力波會進入,一些能量(和角動量)會被輻射出去。如果不是這個過程,黑洞可能根本就不是黑色的,而是在它們的中心暴露出赤裸裸的奇點。在這個宇宙中,黑洞別無選擇,只能以超高速旋轉。也許有一天,我們可以直接測量它。

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