3-4黑洞的存在與類型

(四)黑洞的存在與類型

1.活躍星系

黑洞是恆星的遺骸，遍布於廣袤的宇宙中，然而，黑洞也存在於星系核心中，導致中央核區活動性及放射物質多而強大，稱為「活躍星系」，其核心即「活動星系核」。依據觀察結果，在活躍星系核心中，正噴發著強大能量、噴流，這代表著此一星系中暗藏著一個超重黑洞，亦即星系的「中央引擎」。在重力的作用下，黑洞周圍的氣體朝黑洞落下，由於具有角動量，物質形成了一個圍繞黑洞的吸積盤。其實幾乎每個星系核心都存在著超重黑洞，它能聚集星體，這也就是星系的構成；也可以提供能量，維持核心溫度，所以，黑洞在宇宙中也佔有一些地位。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.類星體

「類星體」(似星體)距離我們極為遙遠，其主要特徵是極為明亮，這種星體也有可能是活躍星系核的一種。關於這種奇異星體，我們雖能觀察，但是卻無法深入了解，因為這種星體起碼距離我們好幾十億光年，能觀測到的原因就是因為其具有非常大的紅移，光度很高，且光譜中有發射線，可見光波段為冪律譜，多數有X射線輻射，少部分具有很強的無線電輻射。類星體與一般的那些「平靜」的星系核不同之處在於，類星體是年輕活躍的星系核。我們所看到的類星體實際上是它們許多年以前的樣子，而類星體本身很可能是星系演化早期普遍經歷的一個階段。隨著星系核心附近「燃料」逐漸耗盡，類星體將會演化成普通的螺旋星系和橢圓星系。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.微類星體

「微類星體」是類星體的小型表親，兩者間有些共同點：強烈且時變的無線電波放射，常表現成無線電波噴流，以及一個圍繞黑洞的吸積盤。在類星體，黑洞具有上百萬個太陽的質量；在微類星體，黑洞質量為幾個太陽質量。微類星體的吸積盤在可見光區與X射線區具有非常高的亮度。它有時候稱作「無線電波噴流X射線雙星」，以和其他的X射線雙星區別。一部分無線電波放射來自於相對論性噴流(近光速)，常表現出外顯的超光速運動。

 

 

4.將黑洞歸類

(黑洞有幾種分類，我們大致將表格整理如下：)

名稱	說明
分類方法一：黑洞質量大小判斷
超重黑洞	存在於星系中心發現其蹤跡，質量約達太陽數百萬至百億倍
中型黑洞	可能由小質量黑洞合併變成超巨質量黑洞，但是否存在仍存疑
恆星黑洞	質量為太陽的十至二十倍，即超新星爆炸後所形成的黑洞
微型黑洞	即「量子黑洞」，極渺小而不可見，可能產生於大型強子對撞機
分類方法二：黑洞本身的物理特性（質量、電荷、角動量）
不旋轉不帶電荷黑洞	稱「史瓦西黑洞」，時空結構由史瓦西求出
不旋轉帶電黑洞	稱「R-N黑洞」，時空結構由Reissner和Nordstrom求出
旋轉不帶電黑洞	稱「克爾黑洞」，時空結構由克爾求出
一般黑洞	稱「克爾-紐曼黑洞」，時空結構由紐曼求出

 

 

5.黑洞─以質量分類

 (1)超重黑洞─

 「超重黑洞」又稱「超大質量黑洞」，質量約是太陽的10⁵至10¹⁰倍，星系的核心通常都存在著

 這種黑洞，我們的銀心(本銀河系核心)也存有。超重黑洞的平均密度可以很低，甚至比空氣密

 度還要低；而密度會隨黑洞半徑增長而減少。在超重黑洞事件視界附近的潮汐力會明顯較弱，

 倘有一太空人向黑洞中央移動，在他到達黑洞深處之前不會感受到明顯潮汐力，此係因事件視

 界距離位處中央之重力奇點很遠所致。根據觀測，一些恆星塌縮的黑洞，最多約有數十倍太陽

 質量；最小的超重黑洞卻有數十萬太陽質量。但介於其中質量的黑洞卻極為罕見。

 

 (2)中型黑洞─

 「中型黑洞」即「中介質量黑洞」，質量大於恆星黑洞，約太陽數十倍以上至百千倍，但仍遠

 遠小於超重黑洞。中型黑洞存在證據較少，其證據來自引力輻射觀測，根據殘餘伴星緊密的軌

 道，但仍不清楚這種黑洞是如何生成的。中介質量黑洞的形成有兩種流行的說法，第一種是恆

 星黑洞和其它緻密天體的合併，意謂著會產生引力輻射；第二種是在恆星密極的星團中發生失

 控的大質量恆星碰撞，經由這種碰撞形成中介質量黑洞。這種黑洞也可能存於球狀星團中心。

 

 (3)恆星黑洞─

 「恆星黑洞」又稱「小質量黑洞」，較為常見，直徑約數公里大，不過和超重黑洞比起卻如同

 小巫見大巫。如果恆星的坍塌質量低於臨介值時，將會生成白矮星或中子星的緻密星，倘若緻

 密星的質量超過此臨介值時，引力坍塌會繼續，然後突變為重力坍塌，形成黑洞。雖然還沒證

 實到中子星的最大質量，但估計也有3倍太陽質量。直至目前為止，質量最小的黑洞大約有3.8

 倍太陽質量。理論預測，當質量為太陽的40倍以上，可不經超新星爆炸過程而形成黑洞。

 

 (4)微型黑洞─

 「微型黑洞」，又稱「量子黑洞」或「迷你黑洞」，是很小的黑洞，約大於蒲郎克尺度(10^-35公尺)。

 有可能這些量子層級的原始黑洞是在早期宇宙高密度的環境，或者是在隨後的相變裡面被產生

 出來。預測存在一些微型黑洞的質量可以小到電子伏特的範圍，這種程度的能量可以在像是

 LHC（大型強子對撞機）這種粒子對撞機裡面產生出來。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.黑洞─以性質分類

 (1)史瓦西黑洞

 「史瓦西黑洞」即「不旋轉不帶電荷黑洞」，其黑洞外圈的事件視界就是史瓦西半徑；時空裡

 可能發生的事件到了事件視界上，就好像面臨了視端極界，停滯不變了，對外部的觀察者看來，

 時間好像停止不動了。「正常的時空下，不論我往前走，或是往後走，還是停在原地不動，時

 間都不斷地向前流逝。反常的時空下，不論時間往前流逝，或是往後流逝，還是停止不動，我

 都不斷地向前走」，靜止的史瓦西黑洞就如同先前所比喻進入黑洞的景象。

 

 (2)R-N黑洞

 「R-N黑洞」即「帶電黑洞」，其時空結構與黑洞的質量和電荷都有關。帶電黑洞有兩個視界，

 當物體穿越第一層視界時就一定被強大的重力吸往第二層視界，然後被潮汐力給撕碎，並且任

 何關於物體的資訊都會消失的無影無蹤。若帶電黑洞電荷太多，將會出現所謂的「極端RN黑

 洞」，對它再加上任何一點的電荷的話，它的視界將會消失，並留下一個裸奇異點。

 

 (3)克爾黑洞

 「克爾黑洞」即「旋轉不帶電黑洞」，會以一定速度旋轉，其大小質量與旋轉速度相關，若旋

 轉率為零，則黑洞會呈正圓形；若旋轉率不為零，則此黑洞赤道會隨著旋轉速度增加，而在黑

 洞赤道周邊凸起，形成一個完美的球體。轉動的黑洞由自轉的大質量恆星或是平均角動量不為

 零的恆星集團或氣體，經過重力塌縮形成的。由於多數的恆星都會轉動，所以預期多數的黑洞

 本質上都是轉動的黑洞。一個轉動的黑洞可能需要消耗很多轉動能量來產生大量的能量，在這

 種情況下，克爾黑洞則將退化成史瓦西黑洞。

 

 (4)克爾-紐曼黑洞

 「克爾-紐曼黑洞」即「旋轉帶電黑洞」(一般黑洞)，克爾-紐曼黑洞具有電荷和自轉。假如這個

 黑洞的電荷或者角動量非常大，那麼黑洞的奇異點就要裸露出來。假如真的存在這樣的黑洞，

 那麼對人類來說是很危險的，因為因果性被很嚴重破壞。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(上圖:構造最單純的史瓦西黑洞/具有環狀奇異點的克爾黑洞)

 

7.原初黑洞

原初黑洞(或稱太初黑洞)是理論預言的一類黑洞，目前尚無直接證據支持原初黑洞的存在。宇宙誕生初期，某些區域密度非常大，以至於宇宙膨脹後這些區域的密度仍然大到可以形成黑洞，這類黑洞叫做原初黑洞(類似微黑洞)。原初黑洞的質量與密度不均勻處的尺度有關，因此原初黑洞的質量可以小於恆星坍塌生成的黑洞，根據霍金的理論，黑洞質量越小，蒸發越快。質量非常小的原初黑洞可能已經蒸發或即將蒸發，而恆星坍塌形成的黑洞的蒸發時標一般長於宇宙時間。天文學家期待能觀測到某些原初黑洞最終蒸發時發出的高能伽瑪射線。