恒星型黑洞的史瓦西半径值怎么通过逃逸速度的公式计算

作者：文/虞子期

在许多电影场景中，黑洞都被描绘为通向另一个维度的时空地道，视野中的一切都会被这个世界吸尘器相同的物体吸走，但这样的描绘却让它们变得愈加奥秘而不容易被人了解。但现实上，黑洞也由于不同的特点特征而被划分为不同的类型，比方，当恒星进化到结尾时所构成的恒星型黑洞。当一颗高达太阳质量数十倍的恒星，在耗尽内部的一切动力之后，便会在之后的崩塌进程中构成一个恒星型黑洞。那么，这些无法直接观测到的恒星型黑洞，科学家们是经过怎样的方法找到的？其史瓦西半径又是怎么经过逃逸速度核算得出，咱们的地球有或许被黑洞吞噬吗？

世界中的恒星型黑洞是什么姿态的

相对而言，恒星型黑洞的直径一般只要几千米到几十公里，由于其自身太小以至于无法调查到逃逸现象。咱们只能在一颗恒星或星际物质向黑洞接近的时分，调查到或许会发作物质积累于黑洞的现象。由于，当恒星型黑洞中有物质坠落的时分，动能会在被加热的一起遭到潮汐力的揉捏，由于加热而被电离的原子在到达数百万开尔文的时分会宣布X射线。

一般状况下，科学家们会更倾向于在二进制X射线源区域寻觅黑洞的踪影，由于，黑洞入射物质最理想的来历之一就是伴星，而且，此类双星体系更利于对方针黑洞进行质量预算。咱们都知道，中子星和太阳质量之间大概是1.5：1的姿态，而一旦确认方针物体的质量，便有利于咱们确认它到底是黑洞、仍是中子星。

与此一起，咱们还需求调查方针物体宣布的X射线改变状况，由于落入黑洞的物质，并不会山宣布安稳的X射线辐射，相反还会呈现出零散散落的趋势，然后导致了其宣布的X射线呈现了强弱的改变。比方，已知的黑洞“候选者”天鹅座X-1，就是一个具有可变高度的不规则光源，它的X射线大约会在每百分之一秒左右闪耀一次，坐落天鹅座X-1周围的发射X射线的区域较小。

其伴星HDE 226868是外表温度到达31000K的超巨星，从光谱数据来看，其光谱线振动周期大约为5.6天。从质量光度联系这个层面来看，其质量被预算为太阳30倍左右，而天鹅座 X-1的质量则至少到达7倍太阳质量，否则不足以施加足够大的引力，以引起HDE 226868光谱线的摇摆。当然，也存在一些其他的预算方法，并将天鹅座X-1的质量提高到16倍太阳质量。可是，仅仅是7倍太阳质量就现已足够大，这样的物体注定无法构成白矮星或中子星，所以，科学家们能够得出它一定是黑洞的定论。

恒星型黑洞史瓦西半径的推导根据

简略来说，只要是具有质量特点的物体，理论上都存在一个临界半径特征值，它被科学家们称为史瓦西半径。物体的质量与史瓦西半径值成正比，比方，地球具有的史瓦西半径值为9毫米左右，而咱们的太阳则具有3千米左右的史瓦西半径值。

而黑洞，其实就是一种实践半径小于史瓦西半径的物体，关于没有自转行为的黑洞而言，史瓦西半径会构成一个被称为视界的球面结构。有一个根本现实咱们需求清楚，人类能够观测到的是史瓦西半径，而不是黑洞的实体半径。而坐落咱们银河系中心的超大质量黑洞，便具有780万千米左右的史瓦西半径值。

现实上，科学家们是从逃逸速度的公式衍生出史瓦西半径的核算方法，简而言之，当一个具有特定质量的物体被紧缩到了这个半径值以内，那么，任何已知的作用力都无法阻挠这个物体被紧缩成黑洞。当黑洞的逃逸速度大于方针物体的移动速度，那么，无法逃脱引力捆绑的物体就会被黑洞吸入，而导致其不能再回到星际空间之中。

科学家们经过万有引力公式、牛顿第二定律得出天体外表的重力势能，再由物体的动能、物体逃脱天体的引力得出半径的临界值。简略来说，天体的史瓦西半径值，其实就是当逃逸速度等于光速的时分所核算出的半径值。咱们能够从史瓦西半径了解到，任何一个半径小于史瓦西半径、且有重力特点的天体，其终究的命运都是崩塌成为一个黑洞，时空曲率让其将一切接近的物质都吸入该天体的中心。

怎么核算恒星型黑洞的史瓦西半径值

许多时分，人们会习气性地将黑洞比喻为世界中的真空吸尘器，可是这样的描绘方法并不正确。比方，假使咱们的太阳这颗一般的恒星，变成了质量相同的黑洞，也不会对地球环绕太阳运转的轨迹发作太大影响。星体类型改变所导致的直接性结果，就是地球上的温度会发作巨大改变，由于，这颗星球不会再遭到太阳电磁风暴和太阳风的影响。当然，此刻或许有人要忧虑地球会不会被吸入黑洞之中。

尽管，即使是光速也不能从黑洞中逃逸，但现实上，地球有必要在所谓的史瓦西半径（Schwarzschild半径）内穿过，才能够被黑洞吸入其间。而所谓的史瓦西半径则需求经过逃逸速度的公式来进行核算。而这个核算的进程也比较简略，首要，咱们会用到逃逸速度的公式，关于光子或无质量物体而言，接下来咱们能够将c（光速）代入V esc，然后核算得出方针恒星型黑洞的Schwarzschild半径R值为多少。

v esc =（2GM / R）1/2

R = 2GM / c 2

为了咱们能够对这个公式有更具象的了解，咱们能够用自己地点的太阳系来举例。比方，当一个质量与太阳持平的黑洞，替换了咱们星系中太阳的存在。那么，具有70公里半径的黑洞，其史瓦西半径值则为3公里。简而言之，当地球和这个太阳质量相同的黑洞间隔保持在3公里以内的时分，便会被这个太阳系中心的黑洞吸入其间。也就是说，只要在这个间隔值之外，才能让这颗星球上的一切生物免于灾祸，所以，地球现在处于的方位，并没有被黑洞吞噬的危险。