距地球7200光年，有21个太阳质量的黑洞，居然能以95%光速旋转？

发布时间：2023-06-23 10:58:15 所属栏目：动态来源：

导读：太阳能自转，地球也能自转，这事不稀奇。

关于地球自转分昼夜的知识，通常是作为一种常识，被大家所熟知。

但是“自转星体群”里为何还有一个成员叫“黑洞”？

关键是自转的速度居然还

太阳能自转，地球也能自转，这事不稀奇。

关于地球自转分昼夜的知识，通常是作为一种常识，被大家所熟知。

但是“自转星体群”里为何还有一个成员叫“黑洞”？

关键是自转的速度居然还高得离奇，以95%的光速自转，那到底是一种怎样的概念？

天鹅座X-1
天鹅座X-1全称是“Cygnus X-1”，也可以缩写为“Cyg X-1”，是一个位于天鹅座方向的双星系统，最早被认为是黑洞的天体系统之一。

也就是说，天鹅座X-1是继广义相对论提出后，被人类发现的第一个黑洞。

天鹅座X-1首次被发现，是在1964年，当时坐落在新墨西哥州的白沙导弹基地，向太空中发射了一枚亚轨道火箭。

发现天鹅座X-1的关键并不是这枚火箭，而是在这枚火箭上装载的盖革计数器，这个特殊的探测器可以探测到地球之外的x射线射线。

作为仅次于伽玛射线的一种高能电磁波，X射线辐射的形成往往需要以高能量爆发为前提条件，也就是说，只要是探测到存在X射线辐射的地方，很可能就能在附近发现高能天体，或者推测出这里曾发生过一场可以产生巨大能量的爆发事件。

1971年时，天体科学家们开始追根溯源，寻找这个天鹅座附近的X射线辐射究竟是从什么地方发出的，这一确认就不得了了，他们发现这个X射线的对应光源体是一个编号为HDE226868，体积比太阳大了将近20倍的蓝超巨星。

问题是，这颗发出淡蓝色光的星星，根本就没有办法为X射线辐射提供所需的高能，于是,科学家推测这种蓝色超巨星也许不是独立存在的。

因此他们猜测,这有可能是一个双星系统,其中有伴星并相互围绕着同一质点进行规律性运动。

根据公转轨道的参数，可以推断出这个伴星可能是一个质量在2.7倍-10倍之间，体积不超过太阳的一个致密天体——中子星或是黑洞。

正是由于这个不确定性的存在，物理学家索恩与霍金为争论其到底是黑洞还是中子星而打赌，还曾当场立下字据，当时霍金坚定地认为——这绝对是一颗中子星。

直到20世纪九十年代后期，可以证明天鹅座X-1确实是一个黑洞的证据越来越充分，霍金才签字认输，承认自己输掉这场“赌局”。

这或许是霍金一生中为数不多“看走眼”的时候，但是,它还是把这颗由黑洞和蓝色超巨星所构成的双星系统带到了大众的眼前。

如果不是2021年中国科学院发布的最新研究，或许我们对于天鹅座X-1的认识还仍然停留在“距离地球大约6100光年，质量足足有太阳的15倍”。

2021年2月19日，国际科学周刊《科学》杂志和《天体物理学报》中的三篇文章，联合向世人展示了关于天鹅座X-1的最新测量结果——黑洞的最新距离为7240光年，质量增加到了21倍的太阳质量。

这是至今为止，人类观察到的唯一一个黑洞质量超过20倍太阳质量的黑洞射线双星系统，95%的自转速度更是基本上能够与光速水平持平。

质量扩大50%，距离也相比其原先的测量结果来说更加遥远，这不禁让人感叹，对于黑洞的研究工作果然是没有尽头的。

为何天鹅座X-1的自转速度能够趋近光速？
为何天鹅座X-1的自转速度能够趋近于光速，对于我们这些“门外汉”来说，的确是一个百思不得其解的问题，但是要是把这些物理学方法放在一起做就简单多了。

对于黑洞有一定了解的人都知道，黑洞的质量集中在体积无限小的奇点上的，一般所谓黑洞半径是指“史瓦西半径”，其表示的边界是指时间视界，而对内部的一切我们无法知晓。

而黑洞的转速实际上和它本身的能量没有太大的关系，而是取决于坍缩为黑洞之前恒星本身的转速。

“角动量守恒定律”是指一个在有心力场中运动的质点，始终受到一个通过力心的有心力作用，因有心力对力心的力矩为零，所以根据角动量定理，该质点对力心的角动量守恒。
根据角动能量守恒定律，坍塌前的恒星一般都是在自转的，而在恒星塌陷的过程中,随着半径的逐渐减小,转速逐渐变近于光速。

而根据物理公式，角速度与半径平方成反比，半径平方越小，角速度就越大。在动量不变的情况下，角速度将大幅增加，也就是自转速度会增加。

当坍塌恒星的剩余质量被确定后，再加上天体的带电荷Q可以忽略不计，唯一能够影响到黑洞自转速度的就是角速度了。所以黑洞的角动量有一个上限,它是根据质量平方计算的。

那要是按这种发展趋势，再加之这些年天鹅座X-1越来越大的质量，那岂不是就意味着天鹅座X-1的自转速度就会越来越大，且没有上限？

如果单从理论上来看，如果黑洞可以被“压缩”成一个无穷小的空间，那么其旋转的速率可能增加至无穷，但是事实上，黑洞无法达到无限的速度上限。

来自加州大学洛杉矶分校的天文学教授马克·莫里斯博士就黑洞可能存在“限速问题”提出了一些假设与思路。

天文学家也对超大质量黑洞的旋转进行了探测，并与理论上的极限速度进行对比，比如在NGC 1365内的黑洞正在以84%的光速进行旋转，这已经达到了黑洞旋转速度的上限。

黑洞的吸引力
既然天鹅座X-1的自转速度如此惊人，那是否会为这个黑洞带来同样惊人的吸引力呢？

黑洞作为一种极端而又特别的天文现象，并不是原本就存在的，在某种意义上，黑洞是一颗星星崩溃坍塌后的形态，或许也可以说这是“星星的另外一种形态”？

这也就是为何霍金会把天鹅座X-1误认为是中子星的原因了，毕竟这两者的产生过程具有很大的相似性，在收集到的材料不完整时，很可能会出现误认的情况。

唯一不同的地方是，中子星的质量不可能超过3个太阳，所以任何质量超过3个太阳的星体就一定是黑洞了。

所以当天文学家发现恒星的轨道上有一颗看不见的伴星时，他们可以通过测量伴星的质量来分辨该星是一颗中子星还是一个黑洞。

但黑洞只有在靠近恒星时才会被探测到，这也就很好的解释了为何20世纪六十年代就观察到的天鹅座X-1，直到九十年代才被证实黑洞身份。

当一个恒星在准备毁灭，核心在自身重力的作用下迅速地收缩，塌陷，发生强力爆炸。当核心中所有的物质都变成中子时，收缩过程立即停止，被压缩成一个密实的星体，同时也压缩了内部的空间和时间。

（编辑：汽车网）

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