恐怖的黑洞
根據目前的理論和觀測結果,宇宙中的黑洞大致可以分為三類:恆星級黑洞、中等質量黑洞和超大質量黑洞。
這三種黑洞,以質量為標準來劃分,同時它們的形成機制以及扮演的角色也有所不同:
恆星級黑洞
:質量在太陽的3-100倍之間,可以透過大質量恆星超新星爆發形成,也可以透過恆星級黑洞之間的併合而產生;
中等質量黑洞
:質量在太陽的100-100萬倍之間,理論上來說完全是透過黑洞之間的併合而形成;
超大質量黑洞
:質量在太陽的100萬倍以上,透過宇宙早期密集的星際氣體坍縮形成,也有可能是透過瘋狂地吞噬而形成。
和恆星級黑洞以及中等質量黑洞分佈在星系的各個角落不同,超大質量黑洞通常只存在於一個星系的核心處,並且憑藉自己恐怖的引力和能量影響著星系的發展。
在我們銀河系的中心,就有這樣一個超大質量黑洞,被命名為人馬座A*。它的質量大約是太陽的400萬倍,它的發現也促成了2020年兩位天體物理學家分享了一半的諾貝爾物理學獎。
宇宙中的超大質量黑洞
在宇宙中,人馬座A*的質量並不突出。比如科學家在2019年4月份公佈的歷史上第一張黑洞照片,其中的主角——M87星系中心的超大質量黑洞,質量就達到了驚人的65億倍太陽質量。
當然,比它還大的黑洞比比皆是。比如Holmberg 15A星系中心的超大質量黑洞,質量達到了太陽的400億倍!還有
位於104億光年以外的TON 618,質量甚至可能是太陽的660億倍,這是目前已知宇宙最大的黑洞
。
這些黑洞的質量已經足夠令我們震驚的了,但科學家們認為,宇宙中可能還有一種更加巨大的黑洞。這種理論上的黑洞遠遠超過了超大質量黑洞所能企及的質量,因此被科學家們起了更加震人心魄的名字——
超巨型黑洞
(簡稱SLABs)。
倫敦瑪麗皇后大學的天文學家Bernard Carr向我們介紹了這種黑洞:“儘管暫時還沒有證據可以證明這種黑洞確實存在,但這樣的推測並非不合理,它們或許分佈在星系以外的星際空間,而這會帶來一些有趣的觀測結果。”
同時,他也表達了其他科學家對這種天體的忽略引起了他的困惑:“可是到目前為止,SLABs仍然極少得到重視,這太令人驚訝了。我們已經提出了這些SLABs可能的形成途徑,希望這項工作能夠激發同行們的熱烈討論。”
超級黑洞的形成
實際上,
阻止科學家們思考這種天體的原因之一,就在於我們沒有合適的理論來解釋它們的形成
,所以Carr等人才首先從SLABs的形成理論入手來引起同行的注意。
即使是超大質量黑洞的形成過程,目前也仍然是個謎。
瘋狂饕餮
就像我們開篇介紹的,有一部分科學家認為超大質量黑洞就是從普通的黑洞透過不斷的吞噬,將周圍的恆星、氣體和塵埃等物質饕餮,然後成長到了如此驚人的規模。同時,它們也可以透過黑洞之間的併合,甚至是星系碰撞時超大質量黑洞之間的併合而迅速成長。
根據科學家的推測,
這樣形成的黑洞,質量上限大約是太陽的500億倍。如果黑洞質量超過這個臨界值,那麼它的吸積盤可能就會不復存在,黑洞也將因為失去物質來源而停止生長
。
但是,這個理論面臨著一個巨大的問題,那就是科學家目前已經在宇宙早期發現了大量的超大質量黑洞,當時宇宙的壽命無法支援它們成長得如此迅速。就比如TON618,大約形成於宇宙大爆炸的34億年後,它如何在不足34億年的時間裡獲得超過660億倍的太陽質量,實在難以想象且不太合理。
原初黑洞
還有一種可能,那就是
原初黑洞
形成的超大質量黑洞。
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,因為物質過於密集,就會形成無數的原初黑洞。原初黑洞普遍非常小,最小的尺寸甚至只有質子那麼大,這種黑洞會在很短的時間裡透過霍金輻射而蒸發;其中大的部分,由於不是透過恆星坍縮形成,所以沒有質量限制,所以可以形成看起來恐怖的超大質量黑洞,並一直保留到今天。
尋找超大型黑洞
正是在這個理論中,科學家們計算出黑洞的質量上限甚至可能比我們觀測到最大的黑洞還要驚人得多。他們發現,
這樣形成的黑洞,可以達到太陽質量的1000億倍以上,最大甚至可以達到太陽質量的100億億倍,也就是10的18次方倍!
要知道,銀河系的質量也只有太陽的1.5萬億倍左右。如果這樣的恐怖黑洞真的存在,它的質量將相當於70萬個銀河系!研究人員計算後發現,如果真的有黑洞的質量達到太陽的100億億倍,那麼它的史瓦西半徑將會達到恐怖的62萬光年,同樣遠遠超過了銀河系!
即便如此,我們今天也沒有發現任何的超大型黑洞。或許就像Carr所推測的那樣,它
們處在星系際的空曠區域內,沒有物質吞噬,也沒有明亮的吸積盤,所以真的是一片漆黑,觀測不到。那麼,我們該如何尋找呢?
引力透鏡法
Carr指出,引力透鏡效應將是一個有力的工具。如果我們發現有些遙遠的星系有神秘的光線偏折,但又找不到明確的前景天體,那麼造成這種光線偏折的或許就是超大型黑洞的引力場。
暗物質法
目前科學家認為,宇宙中可能充斥著暗物質,它們能夠產生引力,但不與可見物質發生其他相互作用,所以目前人類還探測不到。科學家提出了多種暗物質的候選者,其中一個叫做
弱相互作用重粒子
(WIMPs)。
Carr認為,如果星系際空間真的存在這麼巨大的黑洞,那麼這些WIMPs也會在引力的作用下被束縛在它的周圍。在這種情況下,WIMPs的濃度過高,會相互撞擊並出現湮滅現象,從而產生伽馬射線環,這是我們尋找超大型黑洞的一種可能證據。
總之,我們也期待科學家能夠發現這種恐怖的黑洞。如果這種天體真的存在,那麼這個宇宙將會比我們的想象要更加恐怖和野蠻。