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巨大的黑洞能成長到多大?

http://finance.sina.com   2020年09月24日 19:06   北京新浪網

星系中心超大質量黑洞的藝術渲染圖。科學家懷疑,一些巨大的黑洞可能會成長到真正“巨大的”尺寸。星系中心超大質量黑洞的藝術渲染圖。科學家懷疑,一些巨大的黑洞可能會成長到真正“巨大的”尺寸。

  新浪科技訊 北京時間9月25日消息,據國外媒體報道,黑洞會長到多大?一組科學家認爲,黑洞可以長到他們所說的“極其巨大的”尺寸,每一個可以有1000億或更多個太陽質量那麼重。

  研究人員說,發現如此巨大的黑洞或可揭示神祕暗物質的大部分性質。這些神祕的暗物質佔到了宇宙總物質的五分之四。

  大多數星系(即使不是全部)的中心是超大質量的黑洞,質量是我們的太陽的數百萬乃至數十億倍。例如,在我們銀河系的中心是人馬座A*,尺寸大約是450萬個太陽質量。

  目前已知最大的黑洞是類星體TON 618內部存在的黑洞,大小約爲660億個太陽質量。龐大的TON 618讓科學家不由得猜測,是否還有更大的黑洞存在,以及黑洞的大小是否有上限。

  真正的巨型黑洞

  在這項新研究中,研究人員把1000億個太陽質量或以上尺寸的黑洞——比目前所見的都大的黑洞——稱爲“極其巨大的黑洞”(SLAB)。儘管研究人員也指出,目前尚無證據表明真的就存在極其巨大的黑洞,但他們認爲確實存在接近這麼大尺寸的超大質量黑洞。

  “令人驚訝的是,到目前爲止,幾乎沒有人關注極其巨大的黑洞的存在,但他們理論上是可以存在的,”研究的共同作者、慕尼黑大學的理論宇宙學家弗洛裏安·庫內爾說。

  對於極其巨大的黑洞,一個關鍵問題是,首先,它們到底能否形成。不過,哪怕是普通的超大質量黑洞,它們的形成也有諸多未解謎團。

  傳統的假設是,當較小的黑洞合併又吞噬掉周圍物質的時候,星系中心便形成超大質量黑洞。然而,研究的共同作者、倫敦大學瑪麗皇后學院的理論宇宙學家伯納德·卡爾說,先前的研究發現,這個模式無法解釋,在宇宙只存在了幾十億年的情況下,黑洞又是如何成長到超大質量尺寸的?

  原始起源?

  卡爾解釋說,對於普通超大質量黑洞和可能的極其巨大的黑洞是如何形成的這個問題,另一個解釋的關鍵在於所謂的“原始黑洞”。先前的研究推測,在大爆炸發生後的那不到一秒內,炙熱、快速膨脹的新生宇宙中密度的隨機波動可能會聚集足夠多的物質,然後坍縮成黑洞。這些原始黑洞或許就是日後更大黑洞的成長基礎。

  如果確實存在原始黑洞,它們或許可以解釋什麼是暗物質。雖然人們相信宇宙中有大量暗物質的存在,但科學家還是不知道這一奇怪物質到底是由什麼構成,因爲沒人見過暗物質;目前,我們也只能通過其對正常物質的引力作用來研究暗物質。暗物質的本質目前是科學界的最大謎團之一。

  “中等質量的原始黑洞能否提供暗物質這個問題,引起了人們廣泛的興趣,”研究的共同作者、阿姆斯特丹大學粒子天體物理學家盧卡·維西內利說。

  檢測極其巨大的黑洞的方法之一是通過引力透鏡。根據愛因斯坦的廣義相對論,物體的質量越大,其自身周圍的時空彎曲就越強,進而該物體的引力也越強。引力也會使光線彎曲,因此通過強引力場(如黑洞產生的引力場)看到的物體是透鏡過的。研究人員說,最近的工作主要側重於尋找來自較小物體的引力透鏡效應上,但他們表示這種研究也可以尋找極其巨大的黑洞。

  還有一個檢測極其巨大的黑洞的方法就是通過黑洞對它們周圍環境的影響,例如引力扭曲的星系。這些黑洞會消耗天文學家可以檢測到的物質,然後產生熱、光和其他輻射。

  除了原始黑洞之外,另一個潛在的暗物質候選者是所謂的大質量弱相互作用粒子(WIMP)。若大質量弱相互作用粒子存在,它們也會是看不見的,並且很大程度上是無形的。但先前的研究表明,若兩個大質量弱相互作用粒子發生碰撞,它們會互相湮滅並釋放伽馬射線,爲科學家檢測它們的存在提供了間接的方式。維西內利說,極其巨大的黑洞的強大引力會聚集一圈大質量弱相互作用粒子,而大質量弱相互作用粒子湮滅時釋放的高能量伽馬射線可以幫助科學家發現極其巨大的黑洞。

  總而言之,卡爾說:“我們知道黑洞存在於各種各樣的物質中,所以自然而然地我們也會好奇黑洞是否具有自然上限。有些人可能會懷疑極其巨大的黑洞的存在,因爲這樣巨大的黑洞可能無法形成。但是,在沒有發現之前,人們也曾懷疑過中等質量和超大質量黑洞的存在。我們不知道極其巨大的黑洞是否真的存在,但我們希望我們的研究可以促進未來對這個話題的討論。”(勻琳)

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