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恒星黑洞

2015-2-16 10:04|查看:1687|评论:0|字体: 繁体

恒星黑洞(Stellar black hole)是一种大质量恒星(大约20倍太阳质量,但其真实质量并未证实,而且也取决于其他变量)引力坍塌后所形成的黑洞,可以借由伽玛射线暴或超新星来发现它的踪迹。目前已知质量最大的恒星黑洞是15.65±1.45倍太阳质量。另外,也有证据证明IC 10 X-1 X-ray是一个拥有24至33倍太阳质量的恒星黑洞。

根据广义相对论,任何质量的黑洞是可以存在的。质量越少,形成黑洞所需的密度就越高(参看史瓦西半径)。直至目前为止,还没有发现任何可以制造少于1太阳质量的黑洞方法。但如果它们存在,它们极有可能是微黑洞。恒星的引力坍塌是一个形成黑洞的自然过程。当恒星寿终正寝时,即所有能量耗尽后,引力坍塌是无可避免的事态。

如果恒星的坍塌质量低于临介值时,将会生成白矮星或中子星的致密星。这些星体拥有最大的质量,所以,如果致密星的质量超过此临介值时,引力坍塌会继续,然后突变为重力坍塌,形成黑洞。虽然还没证实到中子星的最大质量,但估计也有3倍太阳质量。直至目前为止,质量最小的黑洞大约有3.8倍太阳质量。

另外,也有观察证据证明有两种质量比恒星黑洞更大的黑洞,它们是中介质量黑洞(位于球状星团的中心)和超重黑洞(位于银河系活动星系核的中心)。

一个黑洞最多只能拥有以下三个特性:质量、电荷和角动量(旋转)。所有自然生成的黑洞都会旋转,但并没有确实观察旋转状况。恒星黑洞的旋转是因为恒星的角动量守恒而造成的。

X射线联星系统中的观察质量

当物质从黑洞的伴星转移至黑洞时,在联星系统中的黑洞是可以观测到的。掉落至致密伴星的质量释放出的能量是如此的巨大,使物质的温度升高至数亿度的高温并辐射出X射线(X射线天文学)。因此可以用X射线观察黑洞,而伴星可以用光学望远镜观察。从黑洞和中子星释放出来的能量有相同的数量级,使黑洞和中子星经常都难以区分。

但是,中子星还有其他的特性。它们显示出微差自转,并且有磁场和呈现局部的爆炸现象(热核爆炸)。每当这些特性被观测到,就可以判断密接联星的伴星是中子星。

推导出的质量来自对致密X射线源的观测(结合X射线和可见光的资料),所有被辨认出为中子星的质量都在3-5倍的太阳质量,致密伴星的质量在5倍太阳质量以上的系统都未显露出中子星的特征。结合这些事实,致密伴星的质量在5倍太阳质量以上的越来越可能是黑洞。

值得注意的是,黑洞存在的证据不仅是从地球上观测到的,也来自理论:在如此的联星系统中,除了黑洞之外,没有任何天体可以做为这个致密伴星的天体。如果能直接观察到一个微粒(或一个气泡)坠落进入黑洞的轨道,就可以直接证明黑洞的存在。

恒星质量黑洞的候选者

我们的银河系内有一些恒星质量黑洞的候选者(BHCs),它们比银河中心区的大质量黑洞更靠近我们。这些候选者都是X射线联星系统,致密伴星经由吸积盘从它的伙伴获得质量。这些可能黑洞的质量从3倍至12倍太阳质量。

?????????Name??????????BHC质量(太阳质量)伴星质量(太阳质量)轨道周期 (天)与地球的距离(光年)
A0620-009?132.6?2.80.33大约 3500
GRO J1655-406?6.52.6?2.82.85000?10000
XTE J1118+4806.4?7.26?6.50.176200
天鹅座 X-17?13≥185.66000?8000
GRO J0422+323?51.10.21大约 8500
GS 2000+257?84.9?5.10.35大约 8800
天鹅座 V40410?146.06.5大约 10000
GX 339-45?61.75大约 15000
GRS 1124-6836.5?8.20.43大约 17000
XTE J1550-56410?116.0?7.51.5大约 17000
XTE J1819-25410?18~32.8< 25000
4U 1543-4758?100.251.1大约 24000
GRS 1915+105>14~133.5大约 40000
XTE J1650-5003.8±0.5 .0.32.
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