为什么一些恒星终将演化成黑洞?
这是恒星的引力与内压力所决定的 。两种力相互对立,恒星的引力作用于恒星表面物质,使物质有内陷的趋势 。同时,恒星的内压力在恒星表面产生向外的力,使物质有向外扩张的趋势 。当这两种力达到平衡(即强度相等)时,恒星体积保持现有尺寸:既不会坍塌也不会膨胀 。太阳与地球也是如此 。

图解: 低质量恒星(左循环)和高质量恒星(右循环)演化的循环,对应的例子以斜体字呈现 。
然而,当一颗恒星耗尽核燃料 , 在持续地经由恒星表面丧失能量(通过光能的形式)的同时 , 无法通过核聚变(由于没有更多的核燃料)填补损失的能量,引力将超过内压力,引起恒星会缓慢收缩或迅速坍塌 。引力之所以会超过恒星的内压力 , 是因为内压力由热气体所产生的 , 当恒星从地表向外辐射能量时,会带走气体的能量 。

图解:艺术家观念下在高密度分子云诞生的恒星 。
因此,恒星能否演化成黑洞 。这取决于其他来源的压力(除了由正常热气体产生的压力外)能否大到足以平衡内向的引力,使得恒星的坍缩止于某个小体积处 。在热气体产生的压力之外 , 还有其他形式的压力 。将手按在桌面上,可以让您体验到其他形式的压力之一——感受到桌子的挤推,实际上它可以支撑你的体重(引力)!这种压力使得桌子支撑起你的体重 , 来自桌子内原子间的力 。

图解:质子-质子链的回顾,做为恒星核合成的一部分,依据恒星的质量和内部结构 , 在核心内会发生各种不同的核聚变反应 。原子在融合后的净质量会略小于融合前的原子质量总和,这些失去的质量,依照质能等价的关系:E = mc^2.,被转换成能量 。
此外,原子内的电子会互斥(比如说,电子不会全部在同一个原子“轨道”上运动——这称作“不相容原理”) 。因此,假定我们有这么一个互斥的自由移动的电子集合:对这个集合压缩的越紧(它们受限的体积越?。?nbsp;, 它们对压迫的反抗越强烈——这种压力反作用于你对电子的束缚 。
当恒星经引力坍缩到如地球这般大时,“电子回避”压力才足以平衡太阳质量大小的恒星所产生的引力 。因此当如太阳一般大的恒星坍缩到地球大小的尺寸时,可以避免其演化成黑洞,并且内部的“电子回避”压力(称为“电子简并压力”)的强度足以撑起恒星 。这种压力不依赖于于恒星所含的能量——即使恒星持续地经表面丧失能量,该压力也能支撑着恒星 。这就是为什么我们的太阳永远不会成为一个黑洞的原因 。

图解: 电子简并压强是由泡利不相容原理产生的力,说明两个费米子不能同时占有相同的量子态,这种力量也是物质可以被压缩的极限 。在恒星物理中,这是一个很重要的物理量,因为它造就白矮星的存在 。
然而,质量为太阳3至5倍的恒星 , 引力更强,电子简并压力不足以阻止其坍缩 。事实证明,中子也遵循不相容原理 , 同样不能阻止大质量恒星坍缩——根据现有推测,任何超过3至5倍太阳质量的物体都无法停止坍缩,都将演化成黑洞 。
在非常遥远的未来,黑洞可能会泄漏并散开 。这事会发生吗?如果会,又如何发生?
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