【原】天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了中等質(zhì)量的黑洞——古老遺跡的種子

天文在線 2023-04-08 發(fā)布于云南

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早期的黑洞可能孕育了它們質(zhì)量更大的表親

新黑洞的發(fā)現(xiàn)的藝術(shù)家印象:它是通過(guò)探測(cè)引力透鏡伽瑪射線暴發(fā)現(xiàn)的。資料來(lái)源:卡爾·諾克斯、奧茲格拉夫

去年，科學(xué)家們首次利用引力波探測(cè)到一個(gè)難以捉摸的中等質(zhì)量黑洞?，F(xiàn)在，澳大利亞的天文學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了另一種現(xiàn)象——這次是利用伽馬射線爆發(fā)。

黑洞形成于巨恒星生命結(jié)束并在自身引力下坍塌的時(shí)候。但并不都一樣——恒星質(zhì)量的黑洞很小，只有我們的太陽(yáng)質(zhì)量的幾倍，而位于星系中心的超大質(zhì)量黑洞則非常巨大，質(zhì)量是太陽(yáng)的數(shù)百萬(wàn)甚至數(shù)十億倍。

中等質(zhì)量的黑洞是這兩個(gè)種群之間缺失的一環(huán)，跨度在太陽(yáng)質(zhì)量的100到10萬(wàn)倍之間。2020年發(fā)現(xiàn)的黑洞是142倍太陽(yáng)質(zhì)量，而新發(fā)現(xiàn)的黑洞大約是55000倍太陽(yáng)質(zhì)量。

發(fā)表在《自然天文學(xué)》雜志上的該項(xiàng)研究描述了伽馬射線暴探測(cè)黑洞的過(guò)程。伽馬射線暴是兩顆遙遠(yuǎn)恒星相撞時(shí)發(fā)出的高能閃光粒子。但研究人員觀測(cè)到的不是一次而是兩次這樣的爆炸到達(dá)了他們的探測(cè)器，因?yàn)樾盘?hào)是在碰撞和地球之間的某個(gè)地方被一個(gè)大質(zhì)量物體引力透鏡反射。這個(gè)物體——黑洞——扭曲了時(shí)空，產(chǎn)生了同一事件的多個(gè)鏡像。

這一發(fā)現(xiàn)可以幫助天文學(xué)家理解超大質(zhì)量黑洞是如何形成和發(fā)展成現(xiàn)在這樣大的（這使得它與其他黑洞區(qū)別開）。

“這個(gè)新發(fā)現(xiàn)的黑洞可能是一個(gè)古老的遺跡——一個(gè)原始的黑洞——在第一批恒星和星系形成之前的早期宇宙中創(chuàng)造的，”來(lái)自莫納什大學(xué)的研究合著者埃里克·瑟蘭解釋說(shuō)。

“這些早期的黑洞可能是今天生活在星系中心的超大質(zhì)量黑洞形成時(shí)期/之前的種子?！?/p>

該研究估計(jì)，僅在銀河系附近就有大約46000個(gè)這種質(zhì)量的黑洞。

譯者注：金發(fā)姑娘原則對(duì)黑洞的產(chǎn)生僅僅在于未來(lái)黑洞會(huì)產(chǎn)生另一種天體的期待，未必宜居、未必有生命資源，對(duì)于古老遺跡的進(jìn)化論，黑洞扭轉(zhuǎn)時(shí)空的理論等有待驗(yàn)證，人類生命的進(jìn)化與宇宙進(jìn)化的關(guān)系，未來(lái)天文學(xué)將努力填補(bǔ)這個(gè)空白，僅是天文學(xué)還不夠，關(guān)于生命的起源，正如生命的繁衍一般復(fù)雜。這個(gè)黑洞的發(fā)現(xiàn)不禁讓人感慨：世間一個(gè)生命消逝，天空同時(shí)有一顆星星隕落，古老的天體遺跡向地球這顆年輕的天體昭示了一個(gè)信息，時(shí)間是相對(duì)的，人的生命也是。

相關(guān)知識(shí)

黑洞（英語(yǔ)：black hole）是時(shí)空展現(xiàn)出極端強(qiáng)的引力，以致于所有粒子、甚至光這樣的電磁輻射都不能逃逸的區(qū)域。廣義相對(duì)論預(yù)測(cè)，足夠緊密的質(zhì)量可以扭曲時(shí)空，形成黑洞；不可能從該區(qū)域逃離的邊界稱為事件視界（英語(yǔ)：event horizon）。雖然，事件視界對(duì)穿越它的物體的命運(yùn)和情況有巨大影響，但對(duì)該地區(qū)的觀測(cè)似乎未能探測(cè)到任何特征。在許多方面，黑洞就像一個(gè)理想的黑體，它不反光。此外，彎曲時(shí)空中的量子場(chǎng)論預(yù)測(cè)，事件視界發(fā)出的霍金輻射，如同黑體的光譜一樣，可以用來(lái)測(cè)量與質(zhì)量反比的溫度。在恒星質(zhì)量的黑洞，這種溫度高達(dá)數(shù)十億K，因此基本上無(wú)法觀測(cè)。

最早在18世紀(jì)，約翰·米歇爾和皮耶-西蒙·拉普拉斯就考慮過(guò)引力場(chǎng)強(qiáng)大到光線都無(wú)法逃逸的物體。1916年，卡爾·史瓦西發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)能用來(lái)表征黑洞的廣義相對(duì)論精確解（也就是史瓦西黑洞），然而大衛(wèi)·芬克爾斯坦在1958年才首次發(fā)表史瓦西解做為一個(gè)無(wú)法逃脫空間區(qū)域的解釋。長(zhǎng)期以來(lái)，黑洞一直被認(rèn)為僅僅來(lái)自數(shù)學(xué)上的好奇。在20世紀(jì)60年代，理論工作顯示這是廣義相對(duì)論的一般預(yù)測(cè)。約瑟琳·貝爾·伯奈爾在1967年發(fā)現(xiàn)中子星，激發(fā)了人們引力坍縮形成的致密天體可能是天體物理中的實(shí)體的興趣。