宇宙中是不是还有大到我们无法想象的黑洞存在?

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黑洞可以变大,但究竟有多大呢?它们的质量有可能超过太阳的一万亿倍,这比目前已知的最大黑洞大10倍。但是这些怪物真的存在于我们的宇宙中吗?一组研究人员想出了一个去寻找它们的计划。如果它们存在,它们可以帮助我们解决宇宙中第一批恒星是如何出现的谜团。

黑洞可以变大,但究竟有多大呢?它们的质量有可能超过太阳的一万亿倍,这比目前已知的最大黑洞大10倍。但是这些怪物真的存在于我们的宇宙中吗?一组研究人员想出了一个去寻找它们的计划。如果它们存在,它们可以帮助我们解决宇宙中第一批恒星是如何出现的谜团。

小黑洞,或者恒星质量的黑洞比我们的太阳更大,因为黑洞是由大质量恒星在超新星爆炸的最后阶段死亡而产生的,而大质量恒星要想成为超新星就必须非常大,所以最小的黑洞的质量大约是我们太阳的五倍。

通过与其他黑洞合并,以及慢慢吞食任何游离的气体碎片,这些黑洞可能会变得更大,我们已经看到了黑洞存在的证据,其质量几乎是太阳的100倍。

恒星质量的黑洞在宇宙中非常普遍,现在银河系周围可能漂浮着数百万个这样的黑洞,当不会影响到地球。宇宙中其他任意的星系也是如此:许许多多小黑洞,都是那些大而美丽的恒星留下的。

但是星系的中心存在着更疯狂的东西:超大质量黑洞。银河系中心有一个超大质量的黑洞,我们称之为人马座a *。它的质量大约是太阳的4百万倍,这些巨兽的质量很可能是它们恒星质量的同类的1000倍。

似乎几乎每个星系的中心都有一个巨大的黑洞,有记录以来绝对最大的黑洞的质量接近太阳的1000亿倍,天文学家长期以来一直在寻找异常值:小于5个太阳质量或介于恒星和超大质量黑洞之间的黑洞。但是,8月18日发表在预印本数据库arXiv(尚未经过同行评审)上的一篇新论文提出了一个完全不同的问题:如果我们把最大的黑洞变成11个,会怎么样?

这类全新的黑洞,会使超大质量的黑洞相形见绌,这些“大得惊人的黑洞”从1万亿太阳质量开始(比目前已知的最大黑洞大10倍),甚至可能更大。可以理解的是,这些怪物中的怪物会很少见。我们的宇宙很难制造出大的东西,因为你需要把一堆材料粘在一起让它稳定下来。不过,从理论上讲,这些怪物还是有可能存在的,如果我们找到它们,这将有助于解释有多少种黑洞形成。

第一个黑洞出现在宇宙非常年轻的时候,不到10亿岁。在漫长的岁月中,它们相互融合,最终发展成为超大质量的黑洞,甚至可能成为巨大无比的黑洞,但它们的增长速度是有限的。为了通过合并增长,它们必须遇到并吞噬其他黑洞。所以如果周围没有很多其他黑洞,合并就不会频繁发生。

另一方面,黑洞也可以靠物质生长,但是当物质落向黑洞的视界(被认为是不返回点)时,它会被压缩和加热,它释放出辐射,辐射从靠近黑洞的中心区域喷出,阻止新的气体落入黑洞,坠入黑洞的物体为黑洞的合并速度设定了上限。

已知的最大黑洞是对当前天体物理学知识的挑战,很难编造这样的场景:足够多的合并和足够多的气体滋养,使早期宇宙中的小黑洞成长为潜伏在星系核心中的怪物,找到一个巨大的黑洞将迫使我们考虑黑洞如何诞生的新途径,也许第一个也是最大的黑洞并不是来自于大质量恒星的死亡,也许它们是由气体云的坍塌直接形成的,或者是由早期宇宙的奇特过程形成的或者更奇怪的东西。

这就是为什么一个巨大黑洞的发现会如此令人兴奋:理论家们会高兴得摩手擦脚,准备为它们设计一个解释。

在夜里寻找怪物

但是你如何找到一个超级巨大的黑洞呢?

首先,由于巨大的体积,巨大的黑洞(体积)实际上可以影响其母星系的引力演化,即使超大质量的黑洞,像它们这么大,通常也不到其宿主星系质量的1%,但由于体积更大,它们可以开始施加重力影响。

例如,由于在核心中大量的引力被挤压,星系的形状可能会被扭曲,或者引力可能会改变星系合并发生的方式,因此,黑洞(体积)可以解释星系图片中任何看起来很有趣的东西。

如果体积起源于极早期宇宙的奇异物理,那么当它们在宇宙中繁衍并继续成长到惊人的大尺寸时,它们会在周围环境中留下印记。例如,它们可以吸引大量的物质,从而影响宇宙微波背景,也就是我们的宇宙在38万年前第一次变得透明时产生的余光。

黑洞可能会积累大量的物质,并善于吞噬附近的任何东西,甚至神秘的暗物质也可能在它们周围聚集成一种光环,如果暗物质与自身相互作用,它可能会释放出一种非常特殊的辐射,所以这些超级巨大的黑洞可能被暗物质产生的高能量光晕所包围。根据你对黑洞形成的模式的选择,我们目前最好的猜测是,最大的黑洞质量大约是太阳的10^19倍,也就是太阳质量的100万亿倍。任何比这更大的东西都会破坏我们在宇宙中已经测量过的东西,但这仍然在我们的宇宙中留下了一个巨大的可能性。

最初发表在《生活科学》上。

宇宙中是不是还有大到我们无法想象的黑洞存在? 丨 奇点天文

 

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