'黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?'

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夜晚抬頭看天空,雖然最先映入您眼簾中肯定是閃爍的行星,但更深層次的觀察表明,那裡還有更多。最亮、質量最大的恆星,就其性質而言,壽命最短,因為它們燃燒燃料的速度遠遠快於低質量的恆星。一旦它們達到了極限,不能再融合元素,它們就會到達生命的盡頭,成為星際屍體。

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夜晚抬頭看天空,雖然最先映入您眼簾中肯定是閃爍的行星,但更深層次的觀察表明,那裡還有更多。最亮、質量最大的恆星,就其性質而言,壽命最短,因為它們燃燒燃料的速度遠遠快於低質量的恆星。一旦它們達到了極限,不能再融合元素,它們就會到達生命的盡頭,成為星際屍體。

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

但是這些屍體有多種:白矮星為質量最低的恆星(例如,類似太陽的恆星),中子星為次之,黑洞為質量最大的恆星。雖然大多數恆星本身的旋轉速度相對較慢,但黑洞的旋轉速度幾乎與光速相當。這似乎有悖常理,但根據物理定律,它不可能是任何其他方式,原因如下:

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夜晚抬頭看天空,雖然最先映入您眼簾中肯定是閃爍的行星,但更深層次的觀察表明,那裡還有更多。最亮、質量最大的恆星,就其性質而言,壽命最短,因為它們燃燒燃料的速度遠遠快於低質量的恆星。一旦它們達到了極限,不能再融合元素,它們就會到達生命的盡頭,成為星際屍體。

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

但是這些屍體有多種:白矮星為質量最低的恆星(例如,類似太陽的恆星),中子星為次之,黑洞為質量最大的恆星。雖然大多數恆星本身的旋轉速度相對較慢,但黑洞的旋轉速度幾乎與光速相當。這似乎有悖常理,但根據物理定律,它不可能是任何其他方式,原因如下:

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

太陽的光是由於核聚變,它主要將氫轉化為氦

在我們自己的太陽系中,最接近這些極端物體之一的類似物是太陽。再過大約70億年,當它變成一個紅巨星,並在其核心的氦中燃燒後,它將通過吹掉外層而結束它的生命,同時它的核心收縮成恆星的殘餘物。

外層將形成一個被稱為行星星雲的景象,它將發光數萬年,然後將這些物質返回星際介質,在那裡它們將參與下一代恆星的形成。但是核心,主要由碳和氧組成,將盡可能地收縮。最終,引力的崩潰只會被粒子(原子、離子和電子)所阻止,而我們太陽的殘餘部分將由這些粒子構成。

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夜晚抬頭看天空,雖然最先映入您眼簾中肯定是閃爍的行星,但更深層次的觀察表明,那裡還有更多。最亮、質量最大的恆星,就其性質而言,壽命最短,因為它們燃燒燃料的速度遠遠快於低質量的恆星。一旦它們達到了極限,不能再融合元素,它們就會到達生命的盡頭,成為星際屍體。

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

但是這些屍體有多種:白矮星為質量最低的恆星(例如,類似太陽的恆星),中子星為次之,黑洞為質量最大的恆星。雖然大多數恆星本身的旋轉速度相對較慢,但黑洞的旋轉速度幾乎與光速相當。這似乎有悖常理,但根據物理定律,它不可能是任何其他方式,原因如下:

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

太陽的光是由於核聚變,它主要將氫轉化為氦

在我們自己的太陽系中,最接近這些極端物體之一的類似物是太陽。再過大約70億年,當它變成一個紅巨星,並在其核心的氦中燃燒後,它將通過吹掉外層而結束它的生命,同時它的核心收縮成恆星的殘餘物。

外層將形成一個被稱為行星星雲的景象,它將發光數萬年,然後將這些物質返回星際介質,在那裡它們將參與下一代恆星的形成。但是核心,主要由碳和氧組成,將盡可能地收縮。最終,引力的崩潰只會被粒子(原子、離子和電子)所阻止,而我們太陽的殘餘部分將由這些粒子構成。

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

當我們的太陽耗盡燃料時,它將成為一個紅巨星,然後是一個行星狀星雲,中心有一個白矮星

只要你不超過臨界質量閾值,這些粒子就足以使恆星的殘餘物抵禦引力坍縮,形成一種被稱為白矮星的退化狀態。它的質量相當於母星的一部分,但體積卻佔了很小的一部分:大約相當於地球的大小。

天文學家現在已經對恆星和恆星的演化有了足夠的瞭解,可以描述在這個過程中發生了什麼。對於像太陽這樣的恆星,大約60%的質量會被外層物質排出,剩下的40%則留在核心。對於更大質量的恆星,高達太陽質量的7或8倍,其核心的質量分數要小一些,高質量端的質量分數要低到18%。天狼星是地球天空中最亮的恆星,它有一個白矮星伴星,可以在下面的哈勃圖像中看到。

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夜晚抬頭看天空,雖然最先映入您眼簾中肯定是閃爍的行星,但更深層次的觀察表明,那裡還有更多。最亮、質量最大的恆星,就其性質而言,壽命最短,因為它們燃燒燃料的速度遠遠快於低質量的恆星。一旦它們達到了極限,不能再融合元素,它們就會到達生命的盡頭,成為星際屍體。

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

但是這些屍體有多種:白矮星為質量最低的恆星(例如,類似太陽的恆星),中子星為次之,黑洞為質量最大的恆星。雖然大多數恆星本身的旋轉速度相對較慢,但黑洞的旋轉速度幾乎與光速相當。這似乎有悖常理,但根據物理定律,它不可能是任何其他方式,原因如下:

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

太陽的光是由於核聚變,它主要將氫轉化為氦

在我們自己的太陽系中,最接近這些極端物體之一的類似物是太陽。再過大約70億年,當它變成一個紅巨星,並在其核心的氦中燃燒後,它將通過吹掉外層而結束它的生命,同時它的核心收縮成恆星的殘餘物。

外層將形成一個被稱為行星星雲的景象,它將發光數萬年,然後將這些物質返回星際介質,在那裡它們將參與下一代恆星的形成。但是核心,主要由碳和氧組成,將盡可能地收縮。最終,引力的崩潰只會被粒子(原子、離子和電子)所阻止,而我們太陽的殘餘部分將由這些粒子構成。

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

當我們的太陽耗盡燃料時,它將成為一個紅巨星,然後是一個行星狀星雲,中心有一個白矮星

只要你不超過臨界質量閾值,這些粒子就足以使恆星的殘餘物抵禦引力坍縮,形成一種被稱為白矮星的退化狀態。它的質量相當於母星的一部分,但體積卻佔了很小的一部分:大約相當於地球的大小。

天文學家現在已經對恆星和恆星的演化有了足夠的瞭解,可以描述在這個過程中發生了什麼。對於像太陽這樣的恆星,大約60%的質量會被外層物質排出,剩下的40%則留在核心。對於更大質量的恆星,高達太陽質量的7或8倍,其核心的質量分數要小一些,高質量端的質量分數要低到18%。天狼星是地球天空中最亮的恆星,它有一個白矮星伴星,可以在下面的哈勃圖像中看到。

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

天狼星A與B

小天狼星A比我們的太陽更明亮,質量更大,我們相信小天狼星B曾經經歷類似的故事,但很久以前它就耗盡了燃料。今天,天狼星A控制著這個系統,它的質量是我們太陽的兩倍,而天狼星B只是大約等於我們太陽的質量。

然而,根據對脈衝中白矮星的觀察,我們得到了一個有價值的課程。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,而只需一個小時就可以完成一個完整的360度旋轉。這可能看起來很奇怪,但是如果你曾經看過花樣滑冰的套路表演,是誰拉著一個滑冰者手臂旋轉呢?物理定律告訴我們:是角動量守恆定律。一樣的道理,白矮星的旋轉速度也是因為角動量守恆定律。

那麼,如果你把一顆像我們的太陽一樣的恆星——它的質量、體積和旋轉速度——壓縮成地球大小,會發生什麼呢?

信不信由你,如果你假設角動量是守恆的,太陽和我們想象的太陽的壓縮版本都是球體,這是一個完全可以解決的問題,只有一個可能的答案。如果我們保守地假設整個太陽每33天旋轉一次(最長的時間是太陽光球的任何一部分完成360°旋轉所需的時間),並且只有太陽內部40%的部分變成白矮星,你會得到一個驚人的答案:太陽,作為一個白矮星侏儒,將在25分鐘內完成一個旋轉。

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夜晚抬頭看天空,雖然最先映入您眼簾中肯定是閃爍的行星,但更深層次的觀察表明,那裡還有更多。最亮、質量最大的恆星,就其性質而言,壽命最短,因為它們燃燒燃料的速度遠遠快於低質量的恆星。一旦它們達到了極限,不能再融合元素,它們就會到達生命的盡頭,成為星際屍體。

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

但是這些屍體有多種:白矮星為質量最低的恆星(例如,類似太陽的恆星),中子星為次之,黑洞為質量最大的恆星。雖然大多數恆星本身的旋轉速度相對較慢,但黑洞的旋轉速度幾乎與光速相當。這似乎有悖常理,但根據物理定律,它不可能是任何其他方式,原因如下:

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

太陽的光是由於核聚變,它主要將氫轉化為氦

在我們自己的太陽系中,最接近這些極端物體之一的類似物是太陽。再過大約70億年,當它變成一個紅巨星,並在其核心的氦中燃燒後,它將通過吹掉外層而結束它的生命,同時它的核心收縮成恆星的殘餘物。

外層將形成一個被稱為行星星雲的景象,它將發光數萬年,然後將這些物質返回星際介質,在那裡它們將參與下一代恆星的形成。但是核心,主要由碳和氧組成,將盡可能地收縮。最終,引力的崩潰只會被粒子(原子、離子和電子)所阻止,而我們太陽的殘餘部分將由這些粒子構成。

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

當我們的太陽耗盡燃料時,它將成為一個紅巨星,然後是一個行星狀星雲,中心有一個白矮星

只要你不超過臨界質量閾值,這些粒子就足以使恆星的殘餘物抵禦引力坍縮,形成一種被稱為白矮星的退化狀態。它的質量相當於母星的一部分,但體積卻佔了很小的一部分:大約相當於地球的大小。

天文學家現在已經對恆星和恆星的演化有了足夠的瞭解,可以描述在這個過程中發生了什麼。對於像太陽這樣的恆星,大約60%的質量會被外層物質排出,剩下的40%則留在核心。對於更大質量的恆星,高達太陽質量的7或8倍,其核心的質量分數要小一些,高質量端的質量分數要低到18%。天狼星是地球天空中最亮的恆星,它有一個白矮星伴星,可以在下面的哈勃圖像中看到。

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

天狼星A與B

小天狼星A比我們的太陽更明亮,質量更大,我們相信小天狼星B曾經經歷類似的故事,但很久以前它就耗盡了燃料。今天,天狼星A控制著這個系統,它的質量是我們太陽的兩倍,而天狼星B只是大約等於我們太陽的質量。

然而,根據對脈衝中白矮星的觀察,我們得到了一個有價值的課程。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,而只需一個小時就可以完成一個完整的360度旋轉。這可能看起來很奇怪,但是如果你曾經看過花樣滑冰的套路表演,是誰拉著一個滑冰者手臂旋轉呢?物理定律告訴我們:是角動量守恆定律。一樣的道理,白矮星的旋轉速度也是因為角動量守恆定律。

那麼,如果你把一顆像我們的太陽一樣的恆星——它的質量、體積和旋轉速度——壓縮成地球大小,會發生什麼呢?

信不信由你,如果你假設角動量是守恆的,太陽和我們想象的太陽的壓縮版本都是球體,這是一個完全可以解決的問題,只有一個可能的答案。如果我們保守地假設整個太陽每33天旋轉一次(最長的時間是太陽光球的任何一部分完成360°旋轉所需的時間),並且只有太陽內部40%的部分變成白矮星,你會得到一個驚人的答案:太陽,作為一個白矮星侏儒,將在25分鐘內完成一個旋轉。

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

當質量較低的太陽級恆星耗盡燃料時,它們會吹出行星狀星雲中的外層,但中心收縮成白矮星,

通過將所有的質量靠近恆星殘骸的旋轉軸,我們可以確保它的旋轉速度必須上升。一般來說,如果你將物體旋轉時的半徑減半,它的旋轉速度會增加四倍。如果你認為大約109個地球穿過太陽的直徑,你可以為自己得出同樣的答案。

毫無疑問,你可能會問中子星或黑洞: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,核心中的粒子受到如此壓縮,以至於它表現為一個幾乎完全由(90%或更多)中子組成的巨大原子核。中子星的質量通常是太陽的兩倍,但直徑只有20到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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夜晚抬頭看天空,雖然最先映入您眼簾中肯定是閃爍的行星,但更深層次的觀察表明,那裡還有更多。最亮、質量最大的恆星,就其性質而言,壽命最短,因為它們燃燒燃料的速度遠遠快於低質量的恆星。一旦它們達到了極限,不能再融合元素,它們就會到達生命的盡頭,成為星際屍體。

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

但是這些屍體有多種:白矮星為質量最低的恆星(例如,類似太陽的恆星),中子星為次之,黑洞為質量最大的恆星。雖然大多數恆星本身的旋轉速度相對較慢,但黑洞的旋轉速度幾乎與光速相當。這似乎有悖常理,但根據物理定律,它不可能是任何其他方式,原因如下:

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

太陽的光是由於核聚變,它主要將氫轉化為氦

在我們自己的太陽系中,最接近這些極端物體之一的類似物是太陽。再過大約70億年,當它變成一個紅巨星,並在其核心的氦中燃燒後,它將通過吹掉外層而結束它的生命,同時它的核心收縮成恆星的殘餘物。

外層將形成一個被稱為行星星雲的景象,它將發光數萬年,然後將這些物質返回星際介質,在那裡它們將參與下一代恆星的形成。但是核心,主要由碳和氧組成,將盡可能地收縮。最終,引力的崩潰只會被粒子(原子、離子和電子)所阻止,而我們太陽的殘餘部分將由這些粒子構成。

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

當我們的太陽耗盡燃料時,它將成為一個紅巨星,然後是一個行星狀星雲,中心有一個白矮星

只要你不超過臨界質量閾值,這些粒子就足以使恆星的殘餘物抵禦引力坍縮,形成一種被稱為白矮星的退化狀態。它的質量相當於母星的一部分,但體積卻佔了很小的一部分:大約相當於地球的大小。

天文學家現在已經對恆星和恆星的演化有了足夠的瞭解,可以描述在這個過程中發生了什麼。對於像太陽這樣的恆星,大約60%的質量會被外層物質排出,剩下的40%則留在核心。對於更大質量的恆星,高達太陽質量的7或8倍,其核心的質量分數要小一些,高質量端的質量分數要低到18%。天狼星是地球天空中最亮的恆星,它有一個白矮星伴星,可以在下面的哈勃圖像中看到。

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

天狼星A與B

小天狼星A比我們的太陽更明亮,質量更大,我們相信小天狼星B曾經經歷類似的故事,但很久以前它就耗盡了燃料。今天,天狼星A控制著這個系統,它的質量是我們太陽的兩倍,而天狼星B只是大約等於我們太陽的質量。

然而,根據對脈衝中白矮星的觀察,我們得到了一個有價值的課程。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,而只需一個小時就可以完成一個完整的360度旋轉。這可能看起來很奇怪,但是如果你曾經看過花樣滑冰的套路表演,是誰拉著一個滑冰者手臂旋轉呢?物理定律告訴我們:是角動量守恆定律。一樣的道理,白矮星的旋轉速度也是因為角動量守恆定律。

那麼,如果你把一顆像我們的太陽一樣的恆星——它的質量、體積和旋轉速度——壓縮成地球大小,會發生什麼呢?

信不信由你,如果你假設角動量是守恆的,太陽和我們想象的太陽的壓縮版本都是球體,這是一個完全可以解決的問題,只有一個可能的答案。如果我們保守地假設整個太陽每33天旋轉一次(最長的時間是太陽光球的任何一部分完成360°旋轉所需的時間),並且只有太陽內部40%的部分變成白矮星,你會得到一個驚人的答案:太陽,作為一個白矮星侏儒,將在25分鐘內完成一個旋轉。

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

當質量較低的太陽級恆星耗盡燃料時,它們會吹出行星狀星雲中的外層,但中心收縮成白矮星,

通過將所有的質量靠近恆星殘骸的旋轉軸,我們可以確保它的旋轉速度必須上升。一般來說,如果你將物體旋轉時的半徑減半,它的旋轉速度會增加四倍。如果你認為大約109個地球穿過太陽的直徑,你可以為自己得出同樣的答案。

毫無疑問,你可能會問中子星或黑洞: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,核心中的粒子受到如此壓縮,以至於它表現為一個幾乎完全由(90%或更多)中子組成的巨大原子核。中子星的質量通常是太陽的兩倍,但直徑只有20到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。

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

旋轉中子星

如果你做了壓縮整個太陽到直徑40公里的體積的思想實驗,你會得到比白矮星更快的旋轉速度:大約10毫秒。我們應用到花樣滑冰運動員身上的同樣原理,關於角動量守恆,使我們得出這樣的結論:中子星可以在一秒鐘內完成100次以上的完全旋轉。

事實上,這與我們的實際觀察完全一致。一些中子星沿著地球的視線向它們發射無線電脈衝:脈衝星。我們可以測量這些物體的脈衝週期,雖然其中一些需要大約一整秒鐘來完成一個旋轉,但其中一些只需要1.3毫秒的時間旋轉,最高可達每秒766次旋轉。

這些毫秒脈衝星移動得很快。在它們的表面,這些旋轉速率對應於相對論速度:對於最極端的物體,超過光速的50%。但是中子星並不是宇宙中密度最大的物體;這種榮譽屬於黑洞,黑洞將所有的質量壓縮到一個空間區域,在那裡即使物體以光速運動也無法逃脫。

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夜晚抬頭看天空,雖然最先映入您眼簾中肯定是閃爍的行星,但更深層次的觀察表明,那裡還有更多。最亮、質量最大的恆星,就其性質而言,壽命最短,因為它們燃燒燃料的速度遠遠快於低質量的恆星。一旦它們達到了極限,不能再融合元素,它們就會到達生命的盡頭,成為星際屍體。

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

但是這些屍體有多種:白矮星為質量最低的恆星(例如,類似太陽的恆星),中子星為次之,黑洞為質量最大的恆星。雖然大多數恆星本身的旋轉速度相對較慢,但黑洞的旋轉速度幾乎與光速相當。這似乎有悖常理,但根據物理定律,它不可能是任何其他方式,原因如下:

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

太陽的光是由於核聚變,它主要將氫轉化為氦

在我們自己的太陽系中,最接近這些極端物體之一的類似物是太陽。再過大約70億年,當它變成一個紅巨星,並在其核心的氦中燃燒後,它將通過吹掉外層而結束它的生命,同時它的核心收縮成恆星的殘餘物。

外層將形成一個被稱為行星星雲的景象,它將發光數萬年,然後將這些物質返回星際介質,在那裡它們將參與下一代恆星的形成。但是核心,主要由碳和氧組成,將盡可能地收縮。最終,引力的崩潰只會被粒子(原子、離子和電子)所阻止,而我們太陽的殘餘部分將由這些粒子構成。

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

當我們的太陽耗盡燃料時,它將成為一個紅巨星,然後是一個行星狀星雲,中心有一個白矮星

只要你不超過臨界質量閾值,這些粒子就足以使恆星的殘餘物抵禦引力坍縮,形成一種被稱為白矮星的退化狀態。它的質量相當於母星的一部分,但體積卻佔了很小的一部分:大約相當於地球的大小。

天文學家現在已經對恆星和恆星的演化有了足夠的瞭解,可以描述在這個過程中發生了什麼。對於像太陽這樣的恆星,大約60%的質量會被外層物質排出,剩下的40%則留在核心。對於更大質量的恆星,高達太陽質量的7或8倍,其核心的質量分數要小一些,高質量端的質量分數要低到18%。天狼星是地球天空中最亮的恆星,它有一個白矮星伴星,可以在下面的哈勃圖像中看到。

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

天狼星A與B

小天狼星A比我們的太陽更明亮,質量更大,我們相信小天狼星B曾經經歷類似的故事,但很久以前它就耗盡了燃料。今天,天狼星A控制著這個系統,它的質量是我們太陽的兩倍,而天狼星B只是大約等於我們太陽的質量。

然而,根據對脈衝中白矮星的觀察,我們得到了一個有價值的課程。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,而只需一個小時就可以完成一個完整的360度旋轉。這可能看起來很奇怪,但是如果你曾經看過花樣滑冰的套路表演,是誰拉著一個滑冰者手臂旋轉呢?物理定律告訴我們:是角動量守恆定律。一樣的道理,白矮星的旋轉速度也是因為角動量守恆定律。

那麼,如果你把一顆像我們的太陽一樣的恆星——它的質量、體積和旋轉速度——壓縮成地球大小,會發生什麼呢?

信不信由你,如果你假設角動量是守恆的,太陽和我們想象的太陽的壓縮版本都是球體,這是一個完全可以解決的問題,只有一個可能的答案。如果我們保守地假設整個太陽每33天旋轉一次(最長的時間是太陽光球的任何一部分完成360°旋轉所需的時間),並且只有太陽內部40%的部分變成白矮星,你會得到一個驚人的答案:太陽,作為一個白矮星侏儒,將在25分鐘內完成一個旋轉。

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

當質量較低的太陽級恆星耗盡燃料時,它們會吹出行星狀星雲中的外層,但中心收縮成白矮星,

通過將所有的質量靠近恆星殘骸的旋轉軸,我們可以確保它的旋轉速度必須上升。一般來說,如果你將物體旋轉時的半徑減半,它的旋轉速度會增加四倍。如果你認為大約109個地球穿過太陽的直徑,你可以為自己得出同樣的答案。

毫無疑問,你可能會問中子星或黑洞: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,核心中的粒子受到如此壓縮,以至於它表現為一個幾乎完全由(90%或更多)中子組成的巨大原子核。中子星的質量通常是太陽的兩倍,但直徑只有20到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。

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

旋轉中子星

如果你做了壓縮整個太陽到直徑40公里的體積的思想實驗,你會得到比白矮星更快的旋轉速度:大約10毫秒。我們應用到花樣滑冰運動員身上的同樣原理,關於角動量守恆,使我們得出這樣的結論:中子星可以在一秒鐘內完成100次以上的完全旋轉。

事實上,這與我們的實際觀察完全一致。一些中子星沿著地球的視線向它們發射無線電脈衝:脈衝星。我們可以測量這些物體的脈衝週期,雖然其中一些需要大約一整秒鐘來完成一個旋轉,但其中一些只需要1.3毫秒的時間旋轉,最高可達每秒766次旋轉。

這些毫秒脈衝星移動得很快。在它們的表面,這些旋轉速率對應於相對論速度:對於最極端的物體,超過光速的50%。但是中子星並不是宇宙中密度最大的物體;這種榮譽屬於黑洞,黑洞將所有的質量壓縮到一個空間區域,在那裡即使物體以光速運動也無法逃脫。

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

如果你把太陽壓縮成半徑只有3公里的體積,就會迫使它形成一個黑洞。然而,角動量守恆意味著大部分的內部區域都會經歷嚴重的幀拖動,以至於空間本身會以接近光速的速度被拖動,甚至在黑洞的施瓦茨柴爾德半徑之外。你壓縮的質量越大,空間結構本身被拖得越快。

直覺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,黑洞形成的恆星旋轉非常緩慢,即使按照地球每24小時旋轉一次的標準。然而,如果你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了巨大的角動量。

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夜晚抬頭看天空,雖然最先映入您眼簾中肯定是閃爍的行星,但更深層次的觀察表明,那裡還有更多。最亮、質量最大的恆星,就其性質而言,壽命最短,因為它們燃燒燃料的速度遠遠快於低質量的恆星。一旦它們達到了極限,不能再融合元素,它們就會到達生命的盡頭,成為星際屍體。

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

但是這些屍體有多種:白矮星為質量最低的恆星(例如,類似太陽的恆星),中子星為次之,黑洞為質量最大的恆星。雖然大多數恆星本身的旋轉速度相對較慢,但黑洞的旋轉速度幾乎與光速相當。這似乎有悖常理,但根據物理定律,它不可能是任何其他方式,原因如下:

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

太陽的光是由於核聚變,它主要將氫轉化為氦

在我們自己的太陽系中,最接近這些極端物體之一的類似物是太陽。再過大約70億年,當它變成一個紅巨星,並在其核心的氦中燃燒後,它將通過吹掉外層而結束它的生命,同時它的核心收縮成恆星的殘餘物。

外層將形成一個被稱為行星星雲的景象,它將發光數萬年,然後將這些物質返回星際介質,在那裡它們將參與下一代恆星的形成。但是核心,主要由碳和氧組成,將盡可能地收縮。最終,引力的崩潰只會被粒子(原子、離子和電子)所阻止,而我們太陽的殘餘部分將由這些粒子構成。

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

當我們的太陽耗盡燃料時,它將成為一個紅巨星,然後是一個行星狀星雲,中心有一個白矮星

只要你不超過臨界質量閾值,這些粒子就足以使恆星的殘餘物抵禦引力坍縮,形成一種被稱為白矮星的退化狀態。它的質量相當於母星的一部分,但體積卻佔了很小的一部分:大約相當於地球的大小。

天文學家現在已經對恆星和恆星的演化有了足夠的瞭解,可以描述在這個過程中發生了什麼。對於像太陽這樣的恆星,大約60%的質量會被外層物質排出,剩下的40%則留在核心。對於更大質量的恆星,高達太陽質量的7或8倍,其核心的質量分數要小一些,高質量端的質量分數要低到18%。天狼星是地球天空中最亮的恆星,它有一個白矮星伴星,可以在下面的哈勃圖像中看到。

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

天狼星A與B

小天狼星A比我們的太陽更明亮,質量更大,我們相信小天狼星B曾經經歷類似的故事,但很久以前它就耗盡了燃料。今天,天狼星A控制著這個系統,它的質量是我們太陽的兩倍,而天狼星B只是大約等於我們太陽的質量。

然而,根據對脈衝中白矮星的觀察,我們得到了一個有價值的課程。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,而只需一個小時就可以完成一個完整的360度旋轉。這可能看起來很奇怪,但是如果你曾經看過花樣滑冰的套路表演,是誰拉著一個滑冰者手臂旋轉呢?物理定律告訴我們:是角動量守恆定律。一樣的道理,白矮星的旋轉速度也是因為角動量守恆定律。

那麼,如果你把一顆像我們的太陽一樣的恆星——它的質量、體積和旋轉速度——壓縮成地球大小,會發生什麼呢?

信不信由你,如果你假設角動量是守恆的,太陽和我們想象的太陽的壓縮版本都是球體,這是一個完全可以解決的問題,只有一個可能的答案。如果我們保守地假設整個太陽每33天旋轉一次(最長的時間是太陽光球的任何一部分完成360°旋轉所需的時間),並且只有太陽內部40%的部分變成白矮星,你會得到一個驚人的答案:太陽,作為一個白矮星侏儒,將在25分鐘內完成一個旋轉。

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

當質量較低的太陽級恆星耗盡燃料時,它們會吹出行星狀星雲中的外層,但中心收縮成白矮星,

通過將所有的質量靠近恆星殘骸的旋轉軸,我們可以確保它的旋轉速度必須上升。一般來說,如果你將物體旋轉時的半徑減半,它的旋轉速度會增加四倍。如果你認為大約109個地球穿過太陽的直徑,你可以為自己得出同樣的答案。

毫無疑問,你可能會問中子星或黑洞: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,核心中的粒子受到如此壓縮,以至於它表現為一個幾乎完全由(90%或更多)中子組成的巨大原子核。中子星的質量通常是太陽的兩倍,但直徑只有20到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。

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

旋轉中子星

如果你做了壓縮整個太陽到直徑40公里的體積的思想實驗,你會得到比白矮星更快的旋轉速度:大約10毫秒。我們應用到花樣滑冰運動員身上的同樣原理,關於角動量守恆,使我們得出這樣的結論:中子星可以在一秒鐘內完成100次以上的完全旋轉。

事實上,這與我們的實際觀察完全一致。一些中子星沿著地球的視線向它們發射無線電脈衝:脈衝星。我們可以測量這些物體的脈衝週期,雖然其中一些需要大約一整秒鐘來完成一個旋轉,但其中一些只需要1.3毫秒的時間旋轉,最高可達每秒766次旋轉。

這些毫秒脈衝星移動得很快。在它們的表面,這些旋轉速率對應於相對論速度:對於最極端的物體,超過光速的50%。但是中子星並不是宇宙中密度最大的物體;這種榮譽屬於黑洞,黑洞將所有的質量壓縮到一個空間區域,在那裡即使物體以光速運動也無法逃脫。

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

如果你把太陽壓縮成半徑只有3公里的體積,就會迫使它形成一個黑洞。然而,角動量守恆意味著大部分的內部區域都會經歷嚴重的幀拖動,以至於空間本身會以接近光速的速度被拖動,甚至在黑洞的施瓦茨柴爾德半徑之外。你壓縮的質量越大,空間結構本身被拖得越快。

直覺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,黑洞形成的恆星旋轉非常緩慢,即使按照地球每24小時旋轉一次的標準。然而,如果你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了巨大的角動量。

黑洞是旋轉的,你知道其旋轉速度是多少麼?

如果將該卷壓縮到非常小的值,那麼這些對象就沒有選擇。如果角動量必須守恆,它們所能做的就是把它們的旋轉速度提高到接近光速。在這一點上,引力波將開始,其中的一些能量(和角動量)被輻射出去。如果不是因為這個過程,黑洞可能根本就不是“黑色”的,而是暴露出它們中心的裸奇點。在這個宇宙中,黑洞別無選擇,只能以極高的速度旋轉。也許有一天,我們可以直接測量。

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