黑洞会爆炸吗？宇宙中最壮烈的爆炸

黑洞的爆炸——燃尽自己或引爆周围

黑洞会爆炸吗？

I图片中心的超大质量黑洞被流入黑洞的物质包围，这被称为吸积盘（accretion disk）。

（图片来源：美国国家航空航天局/喷气推进实验室加州理工学院）

黑洞是宇宙的吸尘器——无论多么巨大的物体，甚至连光都无法逃离。

大多数人想象中，认为黑洞是什么也不做，只是坐在那里吞噬宇宙中游荡的气体或尘埃。

但黑洞内部会更有趣吗？例如，会发生爆炸吗？如果“爆炸”是指“一股巨大的能量短时间内突然释放”，那么答案是非常肯定的。有趣的是，它们可以引爆自己，也可以引爆附近的环境。

霍金辐射

有一种方式可以使黑洞爆炸，这背后的过程与著名天体物理学家斯蒂芬·霍金于1976年发现的理论——黑洞并非全黑——有关。

俄亥俄州立大学物理学家萨米尔·马图尔（Samir Mathur）在一封电子邮件中告诉美国生活科学网（ Live Science ）：“在经典物理学中，没有什么能从黑洞中出来。但霍金发现，在量子力学理论中，黑洞通过发射低能量辐射源源不断地“泄露”能量，这些低能量辐射就是霍金辐射。”

只要黑洞不吸收新物质，它就会在发射霍金辐射时不断失去质量。然而，霍金辐射发射非常缓慢，一个质量是太阳几倍大小的普通黑洞每年大约发射一个光子。按照这个速度，普通的黑洞需要10^100年才能完全蒸发。

但霍金发现，越小的黑洞蒸发得越快。随着黑洞不断蒸发，越来越小，它发出的辐射越来越快。在黑洞生命的最后时刻，它将在短时间内释放大量辐射，以至于它像炸弹爆炸一样释放出高能辐射和粒子的洪流。

在宇宙早期形成的小型黑洞（大约地球大小），需要几十亿年才能蒸发，这意味着，如果这些原始黑洞存在的话，它们现在差不多蒸发到了生命末期，即会在宇宙中爆炸。

到目前为止，天文学家还没有发现任何原始黑洞爆炸的证据，但可能只是因为没有观测到。

超辐射

由于黑洞的自转，它们会以宇宙中独一无二的方式爆炸。旋转的黑洞也被命名为克尔黑洞，以纪念新西兰数学家罗伊·克尔（Roy Kerr），他首先发现了它们的工作原理——在它们的事件视界（event horizon）周围创造了一个能层（ergosphere）。

能层是一个细长的空间区域，在那里没有任何东西可以保持静止，任何落入克尔黑洞能层的粒子都将围绕黑洞运行。

围绕黑洞旋转的时空也可以吸引光子。如果光子数量足够多，它们可以彼此反弹，或与任何其他漂移粒子碰撞反弹。有时，反弹会导致光子逃离能层。但其他时候，反弹会导致光子向黑洞落得更深，在那里它们获得能量，再次被散射到更高的轨道上，然后回落。

随着这个过程的每一次重复，以及每一次围绕黑洞的旅行，光子都会获得能量。这一过程被称为“超辐射”。如果光子最终挣脱束缚，与最初开始旅程时相比，它将获得巨大的能量。

如果有足够多的光子参与到这个过程中，它们可以同时爆发出令人难以置信的能量，成为所谓的“黑洞炸弹”。即使黑洞本身没有爆炸，这种超辐射效应也再次表明了黑洞对周围环境的影响有多大。

吸积盘和喷射流

潮汐瓦解事件（TDE，tidal disruption event）

这张图是潮汐瓦解事件（TDE，tidal disruption event）的概念图，当一颗恒星非常不幸地从超大质量黑洞附近经过时，黑洞会发射相对论性喷射（relativistic jet ），即潮汐瓦解事件。（图片来源：Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF）

黑洞引起爆炸的最常见方式不是通过自身的毁灭，而是通过其压倒性的巨大引力。超大质量黑洞坐落于星系的中心，有时大团物质（如恒星）运行时会近距离经过。当这种情况发生时，恒星会因潮汐效应（tidal effects）而被撕裂成碎片，这种撕裂过程会释放出爆炸性的能量。地球上的天文学家可以通过观测X射线和伽马射线短暂但强烈的爆发来见证这种能量释放。

除了粉碎恒星外，这些巨大的黑洞还经常吸收在吸积盘（accretion disc）中不断围绕它们旋转的物质。吸积盘的温度达到了数万亿度，使其成为宇宙中最亮的物体——一个吸积盘的亮度可超过一百万个星系之和。

在吸积盘能量最强的时候，可以卷起电场和磁场，将黑洞周围的物质像漏斗般吸入，并以细长喷流的形式喷出，这些喷流可以达到数万光年。

虽然这些喷流严格意义上不算爆炸，但它们爆发出的能量仍然非常强烈。

BY:Paul Sutter

FY: 何乐不为_

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