文章介绍:可疑的黑洞

En résumé (grâce à un LLM libre auto-hébergé)

  • 这篇文章质疑了黑洞的存在,并强调缺乏观测证据。
  • 类星体虽然数量众多,但仍然难以理解,它们的性质仍是个谜。
  • 中子星和超新星是早在被观测到之前就被预言的天体物理现象的例子。

文章“可疑的黑洞”介绍

法语翻译:
对黑洞存在的质疑。

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作者

让-皮埃尔·皮埃特,马赛皮埃尔·米迪天文台,奥尔赛研究中心。

这项工作是十年努力的成果。过去三十年来,天体物理学家一直谈论“黑洞”。这个词吸引了大众的注意。许多书籍都围绕这个主题展开。然而,观测证据却十分缺乏:黑洞“因缺席而闪耀”。然而我们知道宇宙是广阔的。我们自己的银河系至少拥有1000亿到2000亿颗恒星。

某些天体的存在是通过观测揭示的,比如类星体。如今我们已知的类星体超过四千个。但这并不意味着我们确切知道这些天体是什么,它们如何形成,如何演化,以及它们的寿命有多长。事实上,我们对它们一无所知。它们只是像过去梅西耶时代将“星云”归类一样被归类了。

显然,一些类星体位于具有星系形状的结构中心。因此这些星系具有“活跃的核”,这既意味着很多,又什么也不意味着,因为人们并不知道这种活动的本质,例如能量的来源。

当代天体物理学似乎满足于很少的信息。当被问到:

  • 什么是类星体?

天体物理学家会回答:

  • 它是活跃星系的核。

而当被问到:

  • 什么是活跃星系?

他会回答:

  • 是拥有类星体在中心的星系。

最近几年,人们发现了一种“伽马射线暴”,每天大约一个。《天空与空间》杂志曾以“伽马射线暴:终于解开的谜团”作为封面标题。在报纸的栏目中,答案是:人们刚刚在刚刚探测到的伽马射线暴的位置发现了一个微小的明亮区域。因此,解决一个谜团就是知道这些天空区域也会发射光...

这不是很……贫乏吗?

相反,还有其他一些天体,它们的存在在被观测之前就已经被推测出来,而且往往非常精确。一个典型的例子是超新星,早在1931年,美国天体物理学家(瑞士裔)弗里茨·兹维基在加州理工学院的一次著名演讲中就描述了它。当时,兹维基解释说,质量超过约20个太阳质量的恒星应该经历一种剧烈的终结,几天内就达到峰值,整个现象持续约20天。这是一个非常引人注目的预测,尽管当时并没有被认真对待。但兹维基坚持不懈,发现了第一批超新星。如今已经发现了数百颗。对于中子星,后来被识别为脉冲星(旋转的中子星)和白矮星,也是如此。同样,这个“生物群”中已有数百个被识别的个体。

黑洞被提出作为解决一个问题的答案:当中子星的质量超过某一“临界质量”时会发生什么。这些被正确识别的中子星,看起来像巨大的原子核,没有质子。为什么这些天体只由中子组成?

人们认为中子星是大质量恒星核心在爆炸后留下的部分。大质量恒星在其一生中会发生多种核聚变反应。最终它会生成铁,而铁不能再进行任何放能的核聚变反应。因此,铁会沉降到恒星的中心,就像火炉中的灰烬。当恒星突然缺乏核燃料(兹维基已经意识到这一点)时,它会以每秒8万公里的速度坍缩(当然,具体速度可能略有不同)。当它落到铁核上时,气体被强烈压缩。不仅反弹,而且在过程中发生许多核聚变反应,这些反应不再需要放能,因为能量来自恒星自身的剧烈收缩。此时,所有可能的核素和可想象的核素都会被创造出来,包括许多具有不同寿命的放射性原子。我们知道,1987年观测到的桑杜莱克恒星爆炸为这些现象的存在提供了最终的确认(距离仅15万光年)。

这个现象完全压碎了铁核,使其原子被分解。此时,铁核被压缩得如此厉害,以至于电子没有足够的空间在核子之间移动。被困的电子于是与质子结合,形成中子和中微子。

通常,当压缩气体时,会有一种称为压力的效应来抵抗这种压缩。这同样适用于液体或固体(一切都可以被压缩)。例如,当一颗年轻的恒星诞生时,原始恒星是一团气体,它自身压缩。但同时它会变热,压力限制了它的收缩。这是一个较差的辐射器,它必须通过辐射(红外线)释放能量,才能足够压缩自己,从而变成真正的恒星。除非它的质量不足,否则它会变成“一个巨大的木星”(这颗巨大的气态行星会比它从太阳获得的能量释放更多的能量,但永远不会变成恒星)。

当超新星爆炸压缩铁核时,它会释放出大量的……中微子。这时,情景完全改变:辐射冷却是瞬间的,因为中微子可以轻松逃逸。因此,没有反压力。铁块悲惨地粉碎了。剩下的是一堆紧密堆积的中子,就像高峰时段地铁里的日本人一样。

为什么有一个临界质量?因为中子无法承受超过某个最大值的压力。就像一堆电灯泡被堆在一个矿井中。超过一定高度后,玻璃会破裂,一堆碎玻璃会塌陷到矿井底部。

当一个中子星的质量超过太阳质量的两倍多一点时,它的核心压力变得太大。中子无法承受。于是它被认为会自己坍缩,没有任何已知的物理现象可以阻止这种“引力坍缩”。这对物理学家来说是令人不安的前景。

在它坍缩之前,中子星就是“相对论性的”,与“牛顿物体”相对。这体现在“示踪粒子”(比如任意质量m,一个原子)的轨迹上。我们知道,时空弯曲现象导致了水星椭圆轨道的进动。但这种进动非常微小。然而,下面的图示,来自计算机计算,显示了一条几乎椭圆的轨道的强烈进动。