對目前的科學(xué)界來說,黑洞絕對算得上是最神秘的天體。 雖然愛因斯坦早在20世紀(jì)初就在廣義相對論中預(yù)言了黑洞的存在,但天文學(xué)界直到2019年才拍到了第一張真實的黑洞照片,也就是5500萬光年外的M87星系中心黑洞,質(zhì)量為太陽的65億倍。 這張好似蜂窩煤一般的照片所表現(xiàn)出的黑洞本體和吸積盤,也宣告了天文學(xué)界目前的黑洞外圍理論是正確的。 但宇宙中究竟有多少個黑洞呢?以往這個問題是無法被回答的,因為黑洞不像星系和恒星一樣能被望遠(yuǎn)鏡直接看見,天文學(xué)家想確認(rèn)黑洞的存在,只能去分析恒星的運動軌跡,如果發(fā)現(xiàn)一顆恒星在繞一個“肉眼不可見”的引力源運動的話,就證明這顆恒星周圍存在黑洞。 這種發(fā)現(xiàn)一顆記錄一顆的方法,顯然不可能統(tǒng)計出全宇宙的黑洞,所以天文學(xué)界采用了估計法,他們認(rèn)為占宇宙質(zhì)能總量5%的普通物質(zhì),也就是可見物質(zhì),至少有1%被吞噬到了黑洞中。 這1%被黑洞吞噬的質(zhì)量,按照黑洞質(zhì)量分布去分配的話,大約是40,000,000,000,000,000,000個,也就是說宇宙中至少存在40萬億個黑洞。 看到這里你也許會覺得這個數(shù)字有點夸大了,但其實一點都不夸張,因為在直徑930億光年的可觀測宇宙里,天文學(xué)家估計至少存在2萬億個星系,每個星系的中央基本上都有一顆超大質(zhì)量黑洞。 至于剩下的38萬億個黑洞,主要由大質(zhì)量恒星晚年坍塌而成,在平均每個星系都有上千億顆恒星的情況下,2萬億個星系內(nèi)的恒星加起來,是完全能產(chǎn)生38萬億個黑洞的,因為兩者根本就不在一個量級上。 不過由于我們的太陽屬于中等質(zhì)量的黃矮星,所以50億年后并不會變成黑洞,而是會變成一顆每立方厘米質(zhì)量達到數(shù)噸的白矮星,數(shù)千億甚至數(shù)萬億年后,這種白矮星還會冷卻為黑矮星。 但相比大質(zhì)量恒星晚年坍塌成黑洞的“清楚明晰”,天文學(xué)界對于超大質(zhì)量黑洞的形成,目前還是一頭霧水。 因為星系中心的超大質(zhì)量黑洞,往往具有幾百萬甚至幾百億個太陽質(zhì)量,如此巨大的質(zhì)量絕不可能是恒星坍塌而來的,也不可能是由眾多小黑洞融合而來的。 思來想去只有一種可能,那就是這些星系中心的超大質(zhì)量黑洞屬于“原初黑洞”,是在宇宙大爆炸不久后就誕生的第一批黑洞。 但宇宙大爆炸為什么會產(chǎn)生黑洞呢? 這個問題廣義相對論可以回答,因為黑洞在廣義相對論中就是“質(zhì)量堆積于時空一點”的產(chǎn)物,而大爆炸恰恰就是“能量轉(zhuǎn)化為質(zhì)量”的過程,在138.2億年前大爆炸那一刻,能量分布伴隨著時空的劇烈膨脹而變得不均勻。 當(dāng)這種“不均勻”超過一定限度后,就會在引力作用下發(fā)生坍塌,成為宇宙中第一批黑洞,同時由于大爆炸的能量是有史以來最大的,所以產(chǎn)生的原初黑洞質(zhì)量也大得驚人,絕非后來的恒星級黑洞能比。 這些質(zhì)量巨大的原初黑洞,后來就成為了每個星系中心的超大質(zhì)量黑洞,但僅靠這些原初黑洞是無法掌控星系內(nèi)數(shù)千億顆恒星的。 拿銀河系來舉例,銀河系中心440萬倍太陽質(zhì)量的超級黑洞人馬座A*,是絕無可能憑借一己之力維持銀河系內(nèi)1000億到4000億顆恒星的引力平衡的,銀河系之所以能保持穩(wěn)定而不是分崩離析,很大程度上是因為遍布銀河系內(nèi)外的暗物質(zhì),是它們提供了額外的質(zhì)量和引力,充當(dāng)了星系內(nèi)的粘合劑。 銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞,其實主要影響的是附近的球狀星團和其他黑洞,而非直徑18萬光年的銀河系本身,銀心區(qū)域的人馬座A*以及稠密的球狀星團和游蕩黑洞,這三者加起來產(chǎn)生的引力聚合體才是銀河系真正的定盤星。 總體而言 為了真正解開黑洞之謎,我們還需要尋找更多黑洞才行,但無論如何,科學(xué)家相信我們似乎已經(jīng)迎來了開始破解黑洞之謎的時代。 |
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