宇宙学 · 恒星与黑洞 · 太阳系
17路(17LUBBS) · 看见更远的宇宙

黑洞吃东西,质量是按吃进去的算吗?

判定:不成立

一句话:不是。吸积释放的引力能可以把大部分质量转成辐射抛出去。史瓦西黑洞的薄盘把约 6% 的静止质量转成光,极端克尔黑洞可达 30% 以上——都远高于核聚变的 0.7%。在超爱丁顿吸积时,辐射压还会把多余物质直接推走。

这个说法是怎么来的

「吃进去」的直觉是质量守恒,但这个守恒要算上被辐射带走的那部分。

能量来自引力势能,不是核能

物质从远处落到视界附近,引力势能转化为动能,再通过盘的黏性耗散成热。同样的质量,在黑洞附近释放的能量比恒星核心聚变高一个数量级——这就是类星体能亮过整个星系的原因。

超爱丁顿时会发生什么

当光度逼近爱丁顿极限,辐射压会把下落物质往外推,形成辐射驱动外流。此时黑洞的「进食」被自己的光挡住了,实际吸积率被限制在临界值附近。这也是为什么早期超大质量黑洞「长得太快」是个真问题——按爱丁顿极限算,时间不够。

不同能量机制的效率
机制质能转化率说明
核聚变(氢→氦)0.7%恒星主序阶段
史瓦西黑洞薄盘约 6%ISCO 在 3 r_s
极端克尔黑洞可达 30% 以上ISCO 贴近视界

什么时候这个说法「有点道理」

对黑洞质量增长做预算时,吸积效率与辐射效率必须一起算。只看「落进去多少」会高估增长,只看「亮度」会低估质量。这也是观测上区分「黑洞增长」与「恒星形成」的难点。

依据

常见问题

那喷流带走的能量从哪来?

来自黑洞自转(Blandford-Znajek 机制)或吸积盘的内能。喷流的功率可以达到吸积功率的很大一部分,这也是为什么有些 AGN 的辐射能量预算对不上。

爱丁顿极限是硬上限吗?

不是。它假设球对称、稳态吸积。现实中吸积盘是几何薄的,光子可以从垂直方向逃逸,实际光度可以短时间超过爱丁顿极限数倍。

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