超级黑洞,可以吞噬整个太阳系

文章作者:hs | 2015-09-07
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一颗黑洞有多大?宇宙中有无数的黑洞,不止质量不一样,连大小也不一样,而宇宙中最大的黑洞被称为超级黑洞,它的直径与地球相当,质量却至少是太阳的数十亿倍。超级黑洞甚至可以吞噬宇宙中的任何星系。如此大质量的黑洞究竟是怎么形成的呢?

文章底部有关于"超级黑洞"的有关视频,敬请观看。

超级黑洞

超级黑洞,顾名思义就是质量超大的黑洞,哈佛史密松天体物理中心的科学家对宇宙209个星系的早期X射线信号进行了研究,发现在宇宙诞生大约12亿年左右的时间内就出现了超大质量黑洞。史密松天体物理中心的科学家发现在宇宙诞生后12亿年左右的时间内就出现了超大质量黑洞,据国外媒体报道,科学家已经确认在宇宙中存在大量的黑洞,几乎每个星系中央都存在超大质量黑洞,而一些质量更小的黑洞则更多。

来自钱德拉宇宙演化调查的项目科学家发现在宇宙大约12亿岁时就出现了超大质量黑洞,这些星系核的样本记录了宇宙早期黑洞的成长过程,科学家通过活动星系核的研究了解到宇宙早期超大质量黑洞的吸积情况,并释放出高速移动的带电粒子喷流。这些早期黑洞与当前宇宙中的黑洞一样,都会在吸积盘附近将物体加热到数百万摄氏度,并在两极释放出强大的喷流,我们可以根据这些特征来探测早期宇宙中的黑洞。哈佛的史密松天体物理中心的科学家Eleni Kalfontzou等人对仅有25亿年演化历史的宇宙进行了研究,发现其中存在质量较为庞大的活动星系核,最为遥远的星系核能够追溯到宇宙诞生后大约12亿年。

科学家相信,在所有的星系的银心,包括银河系在内,都会有超大质量黑洞。所有超级黑洞是在距今100多亿年前的宇宙初期与星系同时形成的。它“吞噬”周围的大量物质,才能达到如此巨大的体积。

超级黑洞的形成

相比之下,宇宙中其他的黑洞都不值一提,而如此大质量的超级黑洞难道也是由于恒星的坍缩形成的?关于超级黑洞的形成有几种说法。

第一种是超级黑洞以吸积宇宙中的恒星而形成的,它可以吞噬宇宙中所有的恒星,甚至是整个太阳系、银河系。

第二种方法涉及气云萎缩成数十万太阳质量以上的相对论星体。该星体会因其核心产生正负电子对所造成的径向扰动而开始出现不稳定状态,并会直接在没有形成超新星的情况下萎缩成黑洞。

第三个方法涉及了正在核坍缩的高密度星团,它那负热容会促使核心的分散速度成为相对论速度。最后是在大爆炸的瞬间从外压制造太初黑洞。超大质量黑洞平均密度可以很低,甚至比空气密度还要低。这是因为史瓦西半径与其质量成正比,而密度则与体积成反比。由于球体体积是与半径立方成正比,而质量差不多以直线增长,体积增长率则会更大。故此,密度会随黑洞半径增长而减少。

星系的形成

科学家所探测到的黑洞主要有两种类型,一种是质量仅相当于太阳质量十倍多的类恒星黑洞,另一种则是质量为太阳数十亿倍的超级黑洞。研究小组通过X射线观测发现,在距地球1200万光年的M82星爆星系中,有两个中等大小的黑洞存在,这是迄今为止第一次在一个星系中发现了两个中等大小的黑洞。

据报道,它们的位置接近该星系的中心,可能会提供一些来自宇宙最大黑洞起源的信息。这两个超级黑洞很有可能是由一连串的恒星爆炸所产生的连锁反应,从而形成了这个如此紧凑、质量及其巨大的超级黑洞的,然后它会慢慢坍缩成中等质量的黑洞。该星团随后会下沉到该星系中心,这两个中等质量的黑洞将会逐渐演变成为超级黑洞。

除此之外,科学家还发现宇宙还存在一种规模很小,但却拥有质量庞大中央黑洞的星系,这就是M60-UCD1。该星系内部存在一个质量达到2100万太阳质量的超大质量黑洞,相比较而言银河系中央黑洞的质量仅为400万个太阳,显然要小很多,有趣的是M60-UCD1星系却比银河系小大约500倍。在矮星系中发现超大质量黑洞说明这样级别的黑洞可能非常常见,科学家目前所发现的黑洞质量几乎都达到了百万倍太阳质量,较少一部分为恒星级黑洞,还有更少的中等质量黑洞,本次观测到M60-UCD1星系中黑洞的质量较大,但星系总质量却很小,科学家计算后发现黑洞质量占到了星系质量的15%,这是小星系中隐藏的大质量黑洞。

我们所有人们看到的所有巨大星系的中央都有一个超级巨大的黑洞,可以说,黑洞强大的吸引力,间接的帮助了星系的形成,因为恒星都不能靠近黑洞,所有就如同珍珠在砂石周围形成一样,久而久之形成了太阳系、银河系。

巨大气泡

美国宇航局的科学家通过费米伽玛射线望远镜观测到银河系中央出现了神秘的“气泡”。科学家们猜测,巨型气泡可能与银河系中的超级黑洞有关。巨大的气泡被研究人员称为“费米气泡”。四年前,哈佛大学天体物理学家道格拉斯·芬克拜纳所领导的研究团队通过伽玛射线望远镜发现银河系中央存在对称的“气泡”结构,其中大部分为明亮而充满活力的伽玛射线,来自科维里粒子天体物理机构的科学家Dmitry Malyshev提出了最新的解释方案,在其论文中认为该费米气泡轮廓非常明显,气泡本身也发出强烈的伽玛射线,呈现对称分布,跨度达到了3万光年,有趣的是银河系的直径也才10万光年左右,可见这个对称的伽玛射线气泡非常庞大。

伽玛射线气泡除了形成机制仍然不确定外,科学家还发现其中拥有一些能量非常高的伽玛射线,科学家近年来提出了一些形成模型,比如银河系中央超大质量黑洞形成的巨型喷流,黑洞在其两极附近可形成接近光速的物质喷射,还有一种解释为黑洞周围聚集了大量气体,形成了质量庞大而“短命”的恒星,这些天体形成的超新星爆发形成了费米气泡。但这几个模型没有一个是完美的,对于科学家而言,费米气泡是相当神秘的。

为了解释费米气泡的形成机制,科学家还需要对前景伽玛射线辐射进行排除,这样我们才能看清费米气泡的真实模样,此前地球上的陆基伽玛射线望远镜均有观测上的局限性,伽玛射线空间望远镜的加入后这个情况有所缓解,费米空间望远镜的升空使得科学家发现太阳系外存在相当多的伽玛射线源,比如超新星、黑洞都可以被认为是点状伽玛射线源,这使得我们观测费米气泡的较为困难,不过费米气泡的信号较为强烈,要想解决这个问题,还需要继续收集数据。

超级黑洞是靠着吞噬宇宙中的恒星从而形成巨大的体积,而超级黑洞为什么具有如此大的"吞噬"能力。我们不得而知,关于超级黑洞还有太多的未解之谜,随着越来越多不同质量的黑洞被发现,人们对宇宙的了解又进了一步,离解开超级黑洞的奥秘也进了一步。

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