宇宙中最小黑洞遇到最大恒星是什么后果,过程怎样?

宇宙中最小黑洞遇到最大恒星是什么后果,过程怎样?

我们今天就来说说太阳质量3倍的黑洞,遇到最大恒星会是个什么样子。

太阳质量3倍的黑洞,史瓦西半径约为9公里,也就是直径约18公里的一个球。这个球人们看不到,因为黑洞连光都无法逃逸,依靠光来观测世界的人类当然就无法看到。那么人们怎么来感知这个黑洞的存在呢?有两种方法,一是通过其引力导致周边时空的变化来测算,二是通过观测其吞噬周边天体物质形成的吸积盘来观测。

任何有质量的物体都会扭曲周边时空,表现出来的现象就是万有引力,黑洞也不例外。3倍太阳质量的黑洞,别看其史瓦西半径只有9公里,但其引力相当于3个太阳,因此,若其周边有天体存在,就会被这种看不见的引力影响,运动路线就会出现摄动,或者围绕着这个看不见的轴心旋转,科学家们就可以根据这种变化计算出这个看不见的黑洞质量有多大。

黑洞是宇宙食物链的顶端天体,通吃一切,因此只要靠近他的天体物质都会被其撕碎吃掉,在吃掉的过程,这些被撕碎的天体物质会高速向黑洞坠落,但这个坠落过程并非直线,会由于黑洞的角动量而旋转,速度越接近越快,到达史瓦西半径边缘,也就是事件视界边际时,速度会接近光速。

在这种极端速度下,任何物质都变成基本粒子,在碰撞中迸发出明亮的可见光和高能辐射,从而被人们观测到。黑洞角动量形成的离心力会将这些物质甩成铁饼盘状,这就是黑洞吸积盘,科学家们通过观测和计算,就能知道这颗黑洞的质量和史瓦西半径。

那么,一颗宇宙中已知最小黑洞,也就是太阳质量3倍的黑洞遇到最大恒星会怎样呢?如果以质量来衡量,迄今发现的最大恒星是r136a1,这颗恒星距离我们16.5万光年,坐落在临近我们银河系的小麦哲伦星系中。这颗恒星的质量约为太阳的200倍左右,半径是太阳的30~35倍。

一颗史瓦西半径约9公里的黑洞,撞击直径约四五千万公里的r136a1,就像一粒芝麻撞击一座大山,还要吃掉它。这看起来似乎是个笑话,有句俗语叫“人心不足蛇吞象”,这种芝麻撞山的情景比这个蛇吞象要夸张多了,是不是觉得可笑?之余是不是会有个天大的问号:可能吗?

而科学结论却明确无误:小小的黑洞一定会撞盈这个庞然大物的恒星,且会让这颗和恒星生不如死,最终连渣子都不剩。

不过恒星的死法以及被吃掉的时间,与黑洞靠近的方式密切相关。

黑洞在宇宙空间的移动有快有慢,典型速度为每秒数百公里,极端的可达0.05~0.15倍光速。因此,如果一颗宇宙中最小黑洞,也就是约3倍太阳质量的黑洞,直接高速撞击r136a1,则会迅速瓦解这颗恒星,并且在数天或数年内就将其吸食殆尽;如果是缓慢靠近,吃掉r136a1则需要数百万乃至亿年。

不同的接近速度可能有以下三个结果:

1、黑洞以每秒数百公里的速度撞击恒星

黑洞会直接闯入恒星包层,潮汐力与激波迅速撕裂恒星物质,形成高吸积率吸积盘,恒星开始迅速瓦解;黑洞继续高速向恒星核心冲击,在数小时或数天内就可穿越恒星对流区,抵达并迅速穿透核心,触发剧烈的抛射与辐射暴;然后黑洞持续在恒星遗迹内稳定高速吸积,并伴随着紫外线、X射线、γ射线迸发,吸积盘光度达到数十万倍。

随后,在数天到数年时间里,黑洞将r136a1吸食干净,成为一颗约两百多倍太阳质量的黑洞。

2、黑洞以 0.05~0.15 倍光速撞击恒星

会引发远超常规潮汐瓦解事件的极端物理过程,核心是激波主导的瞬时撕裂与高能爆发。

由于这种撞击速度远超恒星引力束缚,撞击瞬间会发生穿透性撕裂,以贯穿式轨迹穿越恒星;超强激波导致恒星在数秒钟撕裂成碎片;80%以上的恒星物质倍直接“吹飞”,形成高速向外抛射的气体云,极少量物质被黑洞捕获形成吸积盘。

恒星气体在极高速的抛射和碰撞中,释放出极端的X射线、γ射线暴,相当超新星爆发,光度可达10^44~10^46erg/s(10^37~10^39J/s),远超典型的伽马暴,但持续时间在秒级至分钟级,黑洞最终俘获带走的恒星质量只有0.1~1%,以接近原速度离去。

撞击后恒星物质在激波推动下快速消散,数年内演变成弥漫的气体云,黑洞本身却已远离本区域。

3、黑洞缓慢靠近恒星

黑洞以低相对速度靠近恒星r136a1,会先通过潮汐力持续剥离其外层并形成吸积盘;在约数年到数十年内 “吃掉” 恒星的大部分可及物质,总过程可持续至数百年甚至数万年。

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