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宇宙中有多少黑洞?天文學家:至少40萬億顆,而且還在增加
2022/02/23
2022/02/23

對目前的科學界來說,黑洞絕對算得上是最神秘的天體。

雖然愛因斯坦早在20世紀初就在廣義相對論中預言了黑洞的存在,但天文學界直到2019年才拍到了第一張真實的黑洞照片,也就是5500萬光年外的M87星系中心黑洞,質量為太陽的65億倍。

這張好似蜂窩煤一般的照片所表現出的黑洞本體和吸積盤,也宣告了天文學界目前的黑洞週邊理論是正確的。

但宇宙中究竟有多少個黑洞呢?

以往這個問題是無法被回答的,因為黑洞不像星系和恒星一樣能被望遠鏡直接看見, 天文學家想確認黑洞的存在,只能去分析恒星的運動軌跡,如果發現一顆恒星在繞一個「肉眼不可見」的引力源運動的話,就證明這顆恒星周圍存在黑洞。

這種發現一顆記錄一顆的方法,顯然不可能統計出全宇宙的黑洞,所以天文學界採用了估計法,他們認為占宇宙質能總量5%的普通物質,也就是可見物質,至少有1%被吞噬到了黑洞中。

這1%被黑洞吞噬的質量,按照黑洞質量分佈去分配的話,大約是40,000,000,000,000,000,000個,也就是說宇宙中至少存在40萬億個黑洞。

看到這裡你也許會覺得這個數字有點誇大了,但其實一點都不誇張,因為在直徑930億光年的可觀測宇宙裡, 天文學家估計至少存在2萬億個星系,每個星系的中央基本上都有一顆超大質量黑洞。

至于剩下的38萬億個黑洞,主要由大質量恒星晚年坍塌而成,在平均每個星系都有上千億顆恒星的情況下, 2萬億個星系內的恒星加起來,是完全能產生38萬億個黑洞的,因為兩者根本就不在一個量級上。

不過由于我們的太陽屬于中等質量的黃矮星,所以50億年後並不會變成黑洞,而是會變成一顆每立方公分質量達到數噸的白矮星,數千億甚至數萬億年後,這種白矮星還會冷卻為黑矮星。

但相比大質量恒星晚年坍塌成黑洞的「 清楚明晰」,天文學界對于超大質量黑洞的形成,目前還是一頭霧水。

因為星系中心的超大質量黑洞,往往具有幾百萬甚至幾百億個太陽質量,如此巨大的質量絕不可能是恒星坍塌而來的,也不可能是由眾多小黑洞融合而來的。

思來想去只有一種可能,那就是這些星系中心的超大質量黑洞屬于 「原初黑洞」,是在宇宙大爆炸不久後就誕生的第一批黑洞。

但宇宙大爆炸為什麼會產生黑洞呢?

這個問題廣義相對論可以回答,因為黑洞在廣義相對論中就是「質量堆積于時空一點」的產物, 而大爆炸恰恰就是「能量轉化為質量」的過程,在138.2億年前大爆炸那一刻,能量分佈伴隨著時空的劇烈膨脹而變得不均勻。

當這種「不均勻」超過一定限度後,就會在引力作用下發生坍塌,成為宇宙中第一批黑洞,同時由于大爆炸的能量是有史以來最大的,所以產生的原初黑洞質量也大得驚人,絕非後來的恒星級黑洞能比。

這些質量巨大的原初黑洞,後來就成為了每個星系中心的超大質量黑洞,但僅靠這些原初黑洞是無法掌控星系內數千億顆恒星的。

拿銀河系來舉例,銀河系中心440萬倍太陽質量的超級黑洞人馬座A*,是絕無可能憑藉一己之力維持銀河系內1000億到4000億顆恒星的引力平衡的, 銀河系之所以能保持穩定而不是分崩離析,很大程度上是因為遍佈銀河系內外的暗物質,是它們提供了額外的質量和引力,充當了星系內的粘合劑。

銀河系中心的超大質量黑洞,其實主要影響的是附近的球狀星團和其他黑洞,而非直徑18萬光年的銀河系本身,銀心區域的人馬座A*以及稠密的球狀星團和遊蕩黑洞,這三者加起來產生的引力聚合體才是銀河系真正的定盤星。

總體而言

為了真正解開黑洞之謎,我們還需要尋找更多黑洞才行,但無論如何,科學家相信我們似乎已經迎來了開始破解黑洞之謎的時代。

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