超巨型黑洞:质量可达太阳的100亿亿倍
根据目前的理论和观测结果,宇宙中的黑洞大致可以分为三类:恒星级黑洞、中等质量黑洞和超大质量黑洞 。
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这三种黑洞,以质量为标准来划分,同时它们的形成机制以及扮演的角色也有所不同:
- 恒星级黑洞:质量在太阳的3-100倍之间,可以通过大质量恒星超新星爆发形成,也可以通过恒星级黑洞之间的并合而产生;
- 中等质量黑洞:质量在太阳的100-100万倍之间,理论上来说完全是通过黑洞之间的并合而形成;
- 超大质量黑洞:质量在太阳的100万倍以上,通过宇宙早期密集的星际气体坍缩形成,也有可能是通过疯狂地吞噬而形成 。
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在我们银河系的中心,就有这样一个超大质量黑洞,被命名为人马座A* 。它的质量大约是太阳的400万倍,它的发现也促成了2020年两位天体物理学家分享了一半的诺贝尔物理学奖 。
宇宙中的超大质量黑洞在宇宙中,人马座A*的质量并不突出 。比如科学家在2019年4月份公布的历史上第一张黑洞照片,其中的主角——M87星系中心的超大质量黑洞,质量就达到了惊人的65亿倍太阳质量 。
当然,比它还大的黑洞比比皆是 。比如Holmberg 15A星系中心的超大质量黑洞,质量达到了太阳的400亿倍!还有位于104亿光年以外的TON 618,质量甚至可能是太阳的660亿倍,这是目前已知宇宙最大的黑洞 。
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这些黑洞的质量已经足够令我们震惊的了,但科学家们认为,宇宙中可能还有一种更加巨大的黑洞 。这种理论上的黑洞远远超过了超大质量黑洞所能企及的质量,因此被科学家们起了更加震人心魄的名字——超巨型黑洞(简称SLABs) 。
伦敦玛丽皇后大学的天文学家Bernard Carr向我们介绍了这种黑洞:“尽管暂时还没有证据可以证明这种黑洞确实存在,但这样的推测并非不合理,它们或许分布在星系以外的星际空间,而这会带来一些有趣的观测结果 。”
同时,他也表达了其他科学家对这种天体的忽略引起了他的困惑:“可是到目前为止,SLABs仍然极少得到重视,这太令人惊讶了 。我们已经提出了这些SLABs可能的形成途径,希望这项工作能够激发同行们的热烈讨论 。”
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超级黑洞的形成
实际上,阻止科学家们思考这种天体的原因之一,就在于我们没有合适的理论来解释它们的形成,所以Carr等人才首先从SLABs的形成理论入手来引起同行的注意 。
即使是超大质量黑洞的形成过程,目前也仍然是个谜 。
- 疯狂饕餮
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根据科学家的推测,这样形成的黑洞,质量上限大约是太阳的500亿倍 。如果黑洞质量超过这个临界值,那么它的吸积盘可能就会不复存在,黑洞也将因为失去物质来源而停止生长 。
但是,这个理论面临着一个巨大的问题,那就是科学家目前已经在宇宙早期发现了大量的超大质量黑洞,当时宇宙的寿命无法支持它们成长得如此迅速 。就比如TON618,大约形成于宇宙大爆炸的34亿年后,它如何在不足34亿年的时间里获得超过660亿倍的太阳质量,实在难以想象且不太合理 。
- 原初黑洞
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原初黑洞是霍金在1966年提出的概念,指的是在宇宙大爆炸初期,因为物质过于密集,就会形成无数的原初黑洞 。原初黑洞普遍非常小,最小的尺寸甚至只有质子那么大,这种黑洞会在很短的时间里通过霍金辐射而蒸发;其中大的部分,由于不是通过恒星坍缩形成,所以没有质量限制,所以可以形成看起来恐怖的超大质量黑洞,并一直保留到今天 。
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