超大质量黑洞(为何超大质量黑洞会如此之大)

2022-08-08 22:22:24

黑洞诞生于垂死的恒星,而大多数黑洞的直径只有30公里,科学家们发现有些黑洞更为庞大,它们叫做“超大质量黑洞”。与整个太阳系的大小相当,甚至其中之一就潜伏在银河系的中心,我们的太阳系位于银河系之中,银河系由包括太阳在内的数10亿恒星构成,所有恒星都围绕着银河系中心的一片神秘区域旋转。

银河系中心是“超大质量黑洞”

位于夏威夷·莫纳克亚山的“凯克望远镜”,能够观测到银河系的中心,科学家用红外望远镜观测银河系,他们发现了一个拥有数百万成员的高密度恒星群,15年间“凯克望远镜”拍摄到的数千张照片,可以追踪到银河系中心的恒星,图片揭开惊人的事实,银河系中心的恒星以数百万公里的时速高速移动。

图解:“凯克望远镜”15年对银河系中心拥有数百万成员的高密度恒星群的影像追踪

它们看起来就像绕着隐形太阳高速旋转的微小行星,但是它们并非行星,而是恒星。一定有非同寻常的引力牵引,这些巨星沿着如此靠近中心的轨道高速转动,宇宙中只有一种物体具有如此大的牵引力,那就是“超大质量黑洞”。在银河系的中心存在一个,质量为太阳400万倍的黑洞。

这是一个重大的发现,银河系中的万物,包括我们的太阳都在围绕着一个“超大质量黑洞”运行,但是黑洞并非只存在于银河系中,宇宙中很多星系的中心都存在超大质量黑洞。仙女星系是离我们最近的邻居,它绕着一个比太阳重1.4亿倍的黑洞旋转,“M87”星系中心的黑洞,是太阳重量的200亿倍。

图解:“M87”星系团中心黑洞

黑洞是怎样变得如此巨大?它们又是为何存在于银河系中呢?

宇宙刚刚诞生的时候,那时候宇宙充斥着大爆炸残留的气体云,一些地方拥有浓稠的星际气体,从而形成了数百万颗恒星,最初的恒星中多数都是“超大质量恒星”,它们温度极高,燃烧速度也快,它们在爆炸后产生了大量的黑洞, 引力将许多黑洞牵引到了一起,在早期宇宙中它们相互合并,形成更大的黑洞,数亿年间黑洞不断增长,产生更大的引力,拖入越来越多的星际气体,新的恒星从气体中诞生,形成了原始的星系,黑洞不断吸入气体,直到吞不下任何东西,直至宇宙中最强大的能量喷发。

一个年轻的星系就是由气体中,诞生的恒星构成的星团,新的星系中心存在一个年轻的“超大质量黑洞”,通过吞噬气体而不断成长,当星系很年轻正在成形之时,中心形成了一个超大质量的黑洞,而气体不断坠落其中,继续形成星系,在中心黑洞附近,物体变得非常炙热,物质不断升温度,气体飞速进入黑洞,但是黑洞变得过于饱和,不再有空间,可供多余的炙热气体进入,无法进入的气体被黑洞吐出,喷入太空形成巨大的能量流,每束能量流都比我们的太阳系宽20倍,它们在银河系中一路飞驰,所向披靡,这个超大质量黑洞点燃了一个“类星体”。

“类星体”是宇宙中最亮的物体,它们的亮度很高,令整个星系黯然失色

“M87星系”中的类星体喷发的照片,说明这次的喷发是十分猛烈的,它距离地球5000万光年。类星体从所在星系喷出大量星际气体,每分钟喷出的气体总量相当于10个地球,气体受热膨胀向外扩散,规模很巨大,产生了“黑洞风”,也就是从黑洞喷出的气体。

黑洞吸入气体,“类星体”将气体喷出,最终宇宙中没有多余的气体来制造恒星,氢气也就停止了成长。星系最终的规模取决于其中心的黑洞,二者休戚相关。失去了气体原料,类星体逐渐萎缩并消失了,星系中心只剩下一个超大质量黑洞和许多年轻的恒星,银河系年轻的时候就是这样。

在银河系早期,当它还是个年轻星系的时候,银河系中心的超大质量黑洞就是一颗类星体,但现在银河系成长起来了,整个星系安静下来了。

如今天文学家正在寻找类星体,找到黑洞弄清其运转方式的重要线索,“钱德拉太空望远镜”可以探测到类星体发出的“x射线”,它已经找到了数千个类星体,各种形状的类型体,像太空喷发射线的景象,每个类星体都是年轻星系的雏形,并且在它们中心都存在一个新生的黑洞。

超大质量黑洞的“事件视界”

超大质量黑洞和类星体制造了星系并控制着整个星系,黑洞对于理解星系的形成极为重要,是了解星系演化史的关键,进一步了解黑洞的唯一办法,就是更加细致的观察它,因此天文学家们试图采取新的方法,拍摄银河系中心的黑洞,为此他们需要一台像地球一样大的望远镜。

银河系的中心存在一个超大质量黑洞,它藏身于围绕银河系中心旋转的星团之中,多数星系中心都隐藏着一个超大质量黑洞,它们确实存在,因为绕其转动的恒星速度高达每小时数百万公里,还是有可能对黑洞边缘也就是“事件视界”进行拍照。在黑洞旋转的气体云中, 寻找黑洞的影子或者大致形状,光学望远镜不能直接观测到黑洞,但是黑洞周围的发光炽热气体会发射出无线电波,大型无线电望远镜能够接收到这些来自太空的信号。

位于波士顿附近麻省理工学院的天文望远镜,足有30米宽,足够探测到银河系黑洞,从25000光年之外发射的非常微弱的无线电辐射,但这架望远镜规模太小无法成像。

从夏威夷到智利再到非洲多尔曼的团队,将全球的无线电望远镜连接起来,研究人员有了一个直径超过16000公里的虚拟圆盘,观测能力是单个望远镜的500倍,虚拟望远镜足够强大,可以拍摄到银河系中心,超大质量黑洞的“事件视界”,收集到了从银河系黑暗中心发来的信号,不断加强望远镜的全球联网,就会改善图像的质量,黑洞的轮廓将最终显现出来,2019年首张黑洞照片横空出世了。

图解:史上第一张黑洞图片来自“M87”星系

结语

在遥远的未来,我们或许可以掌握进入和穿越黑洞的技术,甚至可以在穿越黑洞的旅程中幸存下来,黑洞可能是通向其它宇宙的通道,在黑洞的另一端可能也发生过大爆炸,如果大爆炸就是黑洞的反面,似乎就解释了宇宙诞生的奥秘。

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