超大質量黑洞的密度為什麼比水的密度還要低呢

1樓：董董情感說

黑洞密度無窮大指的是黑洞奇點的密度無窮大，如果以黑洞視界包裹區域為體積，黑洞的平均密度有可能比水密度還低，在黑洞奇點處，物質的形態與我們所知的任何物質都不一樣，也不再有元素的概念。

黑洞黑洞是天文學中最神祕的天體，根據愛因斯坦的廣義相對論引力場方程，其中一個精確解為史瓦西解，描述的是一個不帶電荷和無角動量的黑洞，稱之為史瓦西黑洞，比如我們把地球壓縮成半徑9毫米的球，地球就會坍縮成一個黑洞。

根據廣義相對論的描述，黑洞有一個視界，一切進入黑洞視界的物質將永遠無法逃離出來，連光也一樣；在視界外面，墜入黑洞的物質在黑洞赤道平面形成吸積盤，吸積盤中的物質以極高的速度運轉，溫度高達數十萬攝氏度，併發出耀眼的可見光。

在史瓦西黑洞的中心，是一個半徑無窮小、密度無窮大的奇點，空間和時間在這裡無限彎曲，類似宇宙大**之前的形態。

一般大質量黑洞在演化末期，會通過超新星的方式形成黑洞，還有中子星的質量超過奧本海默極限（大約3倍太陽質量）後，中子星也會繼續坍縮成夸克星或者黑洞。

黑洞密度

一般情況下，我們說黑洞的半徑，指的是黑洞的史瓦西半徑，也就是黑洞視界區域對應的半徑；比如人類拍攝到的首張黑洞**，就來自距離地球5500萬光年的m87星系，該黑洞質量是太陽的65億倍，對應的史瓦西半徑為195億公里，相當於130個天文單位。

如果以黑洞視界為邊界來計算黑洞的平均密度，那麼黑洞的平均密度將是有限值，而且平均密度與史瓦西半徑的平方成反比；這意味著，隨著黑洞質量的增加，黑洞的平均密度是越來越低的，比如m87星系中心黑洞的平均密度為0.42kg/l，不到水密度的一半。

黑洞奇點

根據廣義相對論的描述，黑洞奇點處的引力無窮大，任何原子在這裡都將被引力粉碎，至於粉碎後的物質是什麼形態，目前誰也說不清楚，這將與我們見過的任何物質都不一樣。

目前，人類所有的物理理論在黑洞奇點處都失效了，就如我們的物理理論無法描述宇宙大**之前的形態一樣，奇點處不再有元素的概念，也不再有基本粒子的概念。

2樓：科學探索菌

根據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量黑洞。我們所在的銀河系的中心就存在一個超大質量的黑洞。

銀河系中心黑洞的質量為太陽的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，對維持銀河系的結構起著至關重要的作用，當然還有暗物質的功勞。

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成。主流的科學觀點認為奇點是一個沒有體積的點，相當於幾何中的點，因此奇點並沒有密度，或者說密度無限大。

黑洞的質量可能大部分都集中於奇點，這一點類似於原子，原子中99%的質量都集中於原子核。如果一個原子有地球那麼大，那麼原子核就相當於一座海拔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，以至於連光也逃逸不出來。目前人類只能觀察到黑洞表面的吸盤盤，視界之內的情況一無所知。視界內可能由極度彎曲的時空組成，所有掉入黑洞的物質都墜入奇點了，黑洞的視界範圍內也許就是空空蕩蕩的，什麼物質也沒有。

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、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。

太陽的質量為2×10^30千克，那麼銀河系中心黑洞的質量大約為8x10^36千克。經過計算，銀河系中心黑洞的體積大約為7.2x10^21立方千米。

那麼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。

其實科學家們研究發現，黑洞的質量越大，其密度越低。m87星系中心的黑洞，大約距離地球5500萬光年，它的質量大約是太陽的65億倍，經過計算髮現，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麼低，是因為黑洞大部分是由空間構成的，因此黑洞的平均密度低得驚人。黑洞的質量越大，其密度越低，這是由於球體（非旋轉黑洞的視界）的體積是與半徑的立方成正比，黑洞的質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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