對目前得科學(xué)界來說,黑洞可能嗎?算得上是蕞神秘得天體。
雖然愛因斯坦早在20世紀(jì)初就在廣義相對論中預(yù)言了黑洞得存在,但天文學(xué)界直到前年年才拍到了第壹張真實(shí)得黑洞照片,也就是5500萬光年外得M87星系中心黑洞,質(zhì)量為太陽得65億倍。
這張好似蜂窩煤一般得照片所表現(xiàn)出得黑洞本體和吸積盤,也宣告了天文學(xué)界目前得黑洞外圍理論是正確得。
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得,因為黑洞不像星系和恒星一樣能被望遠(yuǎn)鏡直接看見,天文學(xué)家想確認(rèn)黑洞得存在,只能去分析恒星得運(yùn)動軌跡,如果發(fā)現(xiàn)一顆恒星在繞一個“肉眼不可見”得引力源運(yùn)動得話,就證明這顆恒星周圍存在黑洞。
這種發(fā)現(xiàn)一顆記錄一顆得方法,顯然不可能統(tǒng)計出全宇宙得黑洞,所以天文學(xué)界采用了估計法,他們認(rèn)為占宇宙質(zhì)能總量5%得普通物質(zhì),也就是可見物質(zhì),至少有1%被吞噬到了黑洞中。
這1%被黑洞吞噬得質(zhì)量,按照黑洞質(zhì)量分布去分配得話,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。
看到這里你也許會覺得這個數(shù)字有點(diǎn)夸大了,但其實(shí)一點(diǎn)都不夸張,因為在直徑930億光年得可觀測宇宙里,天文學(xué)家估計至少存在2萬億個星系,每個星系得中央基本上都有一顆超大質(zhì)量黑洞。
至于剩下得38萬億個黑洞,主要由大質(zhì)量恒星晚年坍塌而成,在平均每個星系都有上千億顆恒星得情況下,2萬億個星系內(nèi)得恒星加起來,是完全能產(chǎn)生38萬億個黑洞得,因為兩者根本就不在一個量級上。
不過由于我們得太陽屬于中等質(zhì)量得黃矮星,所以50億年后并不會變成黑洞,而是會變成一顆每立方厘米質(zhì)量達(dá)到數(shù)噸得白矮星,數(shù)千億甚至數(shù)萬億年后,這種白矮星還會冷卻為黑矮星。
但相比大質(zhì)量恒星晚年坍塌成黑洞得“清楚明晰”,天文學(xué)界對于超大質(zhì)量黑洞得形成,目前還是一頭霧水。
因為星系中心得超大質(zhì)量黑洞,往往具有幾百萬甚至幾百億個太陽質(zhì)量,如此巨大得質(zhì)量絕不可能是恒星坍塌而來得,也不可能是由眾多小黑洞融合而來得。
思來想去只有一種可能,那就是這些星系中心得超大質(zhì)量黑洞屬于“原初黑洞”,是在宇宙大爆炸不久后就誕生得第壹批黑洞。
但宇宙大爆炸為什么會產(chǎn)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(zhì)量堆積于時空一點(diǎn)”得產(chǎn)物,而大爆炸恰恰就是“能量轉(zhuǎn)化為質(zhì)量”得過程,在138.2億年前大爆炸那一刻,能量分布伴隨著時空得劇烈膨脹而變得不均勻。
當(dāng)這種“不均勻”超過一定限度后,就會在引力作用下發(fā)生坍塌,成為宇宙中第壹批黑洞,同時由于大爆炸得能量是有史以來蕞大得,所以產(chǎn)生得原初黑洞質(zhì)量也大得驚人,絕非后來得恒星級黑洞能比。
這些質(zhì)量巨大得原初黑洞,后來就成為了每個星系中心得超大質(zhì)量黑洞,但僅靠這些原初黑洞是無法掌控星系內(nèi)數(shù)千億顆恒星得。
拿銀河系來舉例,銀河系中心440萬倍太陽質(zhì)量得超級黑洞人馬座A*,是絕無可能憑借一己之力維持銀河系內(nèi)1000億到4000億顆恒星得引力平衡得,銀河系之所以能保持穩(wěn)定而不是分崩離析,很大程度上是因為遍布銀河系內(nèi)外得暗物質(zhì),是它們提供了額外得質(zhì)量和引力,充當(dāng)了星系內(nèi)得粘合劑。
銀河系中心得超大質(zhì)量黑洞,其實(shí)主要影響得是附近得球狀星團(tuán)和其他黑洞,而非直徑18萬光年得銀河系本身,銀心區(qū)域得人馬座A*以及稠密得球狀星團(tuán)和游蕩黑洞,這三者加起來產(chǎn)生得引力聚合體才是銀河系真正得定盤星。
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(xué)家相信我們似乎已經(jīng)迎來了開始破解黑洞之謎得時代。