倾角的不同,每年可能会有两次观测到这种形態的机会。不过,黑洞看起来並不会像《魔戒》中的 “索伦之眼”—— 儘管这是我脑海中浮现的第一个形象。
除了《魔戒》这个参照,我还得提一句,在撰写这篇內容的整个过程中,我的脑海里时不时就会响起 “声音园” 乐队的歌曲《bck hole sun》。我很好奇,有多少人和我一样会有这种联想
此外,最近上映的《沙丘》电影中,前往吉迪 pri 星球上单色哈克南家园的场景,也给了我创作灵感。让黑洞持续从某个天体获取物质的想法很有趣,尤其是当这个物质来源是一颗双星系统中的褐矮星伴星时。
这颗褐矮星或许能在黑洞前身恆星的红巨星阶段存活下来。在红巨星阶段,褐矮星的轨道会逐渐衰减;当恆星发生超新星爆发后,褐矮星可能会进入一个椭圆形轨道,在靠近黑洞时拋射出气流。
顺便提一句,“在红巨星內部运行” 听起来可能很奇怪,但实际上,太阳的光球层密度已经比空气低得多,红巨星的密度则更低。行星和天体並不会被红巨星 “吞噬”,而是会慢慢被灼烧。对於可能形成黑洞的超新星前身星来说,其红巨星阶段仅持续数千年(而非数百万年),而褐矮星凭藉自身的引力和巨大质量,足以在这样的环境中保持完整。
当黑洞从褐矮星的气流中获取物质时,其吸积盘会变亮。褐矮星的轨道周期可能为一年(地球年),这会使远处的行星经歷漫长的黑暗 “冬季” 和较为明亮的 “夏季”—— 此时,褐矮星就像一颗昏暗的第二颗太阳,通过反射、吸收並重新释放包括黑洞辐射在內的能量来发光。
黑洞的能量利用效率远超恆星。相比之下,太阳在 100 亿年的寿命中,仅能將自身约 10% 的质量转化为能量,且转化效率仅为 1%,同时亮度会隨时间逐渐增加。而黑洞在吞噬褐矮星时,能量转化效率可达 20% 至 40%,释放的能量也远多於太阳。
如果这颗褐矮星的质量约为太阳的 1/12,那么黑洞从这一颗褐矮星中释放的能量,就可能是太阳在其整个生命周期中释放能量的 10 倍。这种极高的能量效率意味著,即便一颗行星的轨道远在木星之外,也能在数十亿年的时间里接收到足以维持宜居环境的光和热。
不过,在这样的系统中,行星可能会受到强烈的太阳风影响,从而频繁出现剧烈的极光现象。要在这种环境中维持行星大气层並非易事,除非这颗行星具备更强的引力、强大的磁层、活跃的地质活动,或者理想情况下,三者兼具。
以上就是我们探討的第一种场景:一颗普通黑洞,周围有一颗行星围绕其运行,黑洞的物质来源要么是某个大型气態天体,要么是来自更广阔宇宙空间的稳定气流。
第二种场景是:一颗普通黑洞,伴有一颗伴星(双星系统),且有一颗行星围绕该双星系统运行。这颗行星可能围绕双星中的恆星运行,也可能围绕黑洞运行,或是围绕两颗天体共同运行。
如果这颗伴星与黑洞距离较远,那么它除了通过太阳风为黑洞提供少量物质外,几乎无法为黑洞提供其他物质来源 —— 而且黑洞能捕获到的太阳风物质比例也很低。
这种场景有一个有趣的可能性:如果行星围绕恆星运行,其环境可能与围绕普通恆星运行的行星相差不大。但这颗恆星可能会像太阳一样,每秒喷射出数百万吨的太阳风。即便其中仅有 1% 的物质被黑洞捕获,黑洞每秒也能接收到 1000 万千克的物质。
根据爱因斯坦的质能方程(e=c2),以 20% 至 40% 的能量转化效率计算,黑洞每秒会將 200 万至 400 万千克的物质转化为能量,释放的功率约为 2x1023 瓦至 4x1023 瓦,相当於太阳亮度的 5% 至 10%。
如果黑洞处於活跃吸积状態,那么在白天,它可能会在天空中呈现为一个极其明亮的细小白色亮痕;到了夜晚,其亮
