超大質(zhì)量黑洞的密度竟然比水的密度還要低
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根據(jù)哈勃望遠鏡的長期觀測,宇宙所有星系中心都存在一個超大質(zhì)量黑洞。我們所在的銀河系的中心就存在一個超大質(zhì)量的黑洞。
銀河系中心黑洞的質(zhì)量為太陽的400萬倍,其史瓦西半徑大約為1200萬千米,距離地球大約2.6萬光年,對維持銀河系的結(jié)構(gòu)起著至關(guān)重要的作用,當(dāng)然還有暗物質(zhì)的功勞。
這究竟有多大呢?太陽的半徑大約70萬千米,也就是說銀河系中心黑洞的半徑大約是太陽半徑的18倍。
黑洞是一種引力極強的天體,主要由事件視界與奇點構(gòu)成。主流的科學(xué)觀點認為奇點是一個沒有體積的點,相當(dāng)于幾何中的點,因此奇點并沒有密度,或者說密度無限大。
黑洞的質(zhì)量可能大部分都集中于奇點,這一點類似于原子,原子中99%的質(zhì)量都集中于原子核。如果一個原子有地球那么大,那么原子核就相當(dāng)于一座海拔100多米的小山,兩者之間的尺寸相差上萬倍。
黑洞擁有強大的引力,對時空造成了很大的彎曲,以至于連光也逃逸不出來。目前人類只能觀察到黑洞表面的吸盤盤,視界之內(nèi)的情況一無所知。視界內(nèi)可能由極度彎曲的時空組成,所有掉入黑洞的物質(zhì)都墜入奇點了,黑洞的視界范圍內(nèi)也許就是空空蕩蕩的,什么物質(zhì)也沒有。
以視界半徑來算,黑洞也是有體積的。以史瓦西黑洞(即那種沒有自轉(zhuǎn)、不帶電荷的黑洞,我們稱之為史瓦西黑洞)的半徑為例,我們來計算一下銀河系中心黑洞的平均密度。
太陽的質(zhì)量為2×10^30千克,那么銀河系中心黑洞的質(zhì)量大約為8x10^36千克。經(jīng)過計算,銀河系中心黑洞的體積大約為7.2x10^21立方千米。
那么銀河系中心黑洞的平均密度為1.1x10^15千克/立方千米,即1.1x10^6千克/立方米。大約是水的密度的1100倍。
其實科學(xué)家們研究發(fā)現(xiàn),黑洞的質(zhì)量越大,其密度越低。M87星系中心的黑洞,大約距離地球5500萬光年,它的質(zhì)量大約是太陽的65億倍,經(jīng)過計算發(fā)現(xiàn),該黑洞的平均密度甚至比水還要低。是不是感覺很匪夷所思,可事實就是如此。
黑洞的平均密度之所以會那么低,是因為黑洞大部分是由空間構(gòu)成的,因此黑洞的平均密度低得驚人。黑洞的質(zhì)量越大,其密度越低,這是由于球體(非旋轉(zhuǎn)黑洞的視界)的體積是與半徑的立方成正比,黑洞的質(zhì)量和半徑雖呈線性增長,但體積卻成倍增長,因此隨著黑洞的質(zhì)量逐漸變大,密度就會越來越小,密度的變化率顯然更快。
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超大質(zhì)量黑洞的密度竟然比水的密度還要低