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宇宙花园中缺少黑洞种子

更新时间:2020-09-15 07:21点击:

  在宇宙广阔的花园中,最重的黑洞是由种子产生的。它们所消耗的气体和尘土或与其他稠密物体融合后得到营养,它们的大小和重量逐渐增大,形成了银河系的中心,例如我们自己的银河系。但与植物领域不同,巨大的黑洞的种子也一定是黑洞。而且还没有人找到这些种子。

宇宙花园中缺少黑洞种子

  一个想法是,超大质量的黑洞(相当于数十万到数十亿个太阳质量)是由从未见过的较小的小黑洞产生的。这个难以捉摸的群体,即“中等质量黑洞”,将重达100至100,000个太阳之间。迄今为止发现的数百个黑洞中,有很多相对较小的黑洞,但在中等质量范围的“沙漠”中肯定没有一个。

  “令人着迷的是,为什么人们花这么多时间来寻找这些中等质量的黑洞,是因为它揭示了早期宇宙中发生的过程-什么是遗留的黑洞或新的形成机制?因为我们尚未想到的黑洞,”加利福尼亚州帕萨迪纳市Caltech物理学教授,美国国家航空航天局NuSTAR任务的首席研究员,由喷气推进实验室管理的Fiona Harrison说道。

  黑洞是空间中非常稠密的物体,没有光可以从中逃逸。当材料掉入黑洞时,它是没有出路的。黑洞吃得越多,它的质量和大小就越大。

  最小的黑洞称为“恒星质量”,是太阳质量的1至100倍。它们是在恒星以称为超新星的暴力过程爆炸时形成的。

  另一方面,超大质量黑洞是大型星系的中心锚点,例如,我们的太阳和银河系中的所有其他恒星绕着称为射手座A *的黑洞运行,该黑洞重约410万太阳质量。一个更大的黑洞-高达65亿个太阳质量-是梅西耶87(M87)星系的核心。M87的超大质量黑洞出现在事件地平线望远镜的著名图像中,首次显示了黑洞及其“阴影”。该阴影是由事件视界(黑洞的无返回点),弯曲并以其强大的重力捕获光而引起的。

  超大质量黑洞周围往往有物质盘,称为“吸积盘”,由极热的高能粒子组成,当它们靠近事件视界时,它们会发出明亮的光-黑洞的无返回区域。那些因进食过多而使它们的磁盘明亮发光的那些被称为“活跃银河核”。

  创建黑洞所需的物质密度令人难以置信。要制作质量是太阳质量50倍的黑洞,您必须将相当于50个太阳的球包装到直径小于200英里(300公里)的球中。但是就M87的核心而言,似乎有65亿个太阳被压缩成一个比冥王星轨道更宽的球。在这两种情况下,密度都很高,以至于原始材料必须塌陷成一个奇异点-时空结构中的裂痕。

  黑洞起源之谜的关键在于对黑洞生长速度的物理限制。甚至在银河系中心的巨型怪物,其进食狂潮也受到限制,因为一定数量的物质被事件地平线附近加速的热粒子发出的高能辐射所推回。例如,仅吃掉周围的物质,一个低质量的黑洞可能只能在三千万年之内使其质量增加一倍。

  马萨诸塞州剑桥市史密森天体天文台的天体物理学家伊戈尔·奇林格里安说:“如果从50个太阳质量开始,根本就不可能在10亿年内将其增长到10亿个太阳质量。”但是“据我们所知,宇宙形成后不到十亿年就存在着超大质量黑洞。”

  在宇宙历史的早期,中等质量黑洞的种子可能是由巨大的密集气体云的坍塌或超新星爆炸形成的。在我们的宇宙中爆炸的第一批恒星在其外层具有纯净的氢和氦,其中较重的元素集中在核心。与爆炸的现代恒星相比,这是一个更大质量的黑洞的秘诀,现代恒星的外层被重元素“污染”,因此通过恒星风损失了更多质量。

  “如果我们在宇宙初期形成带有100个太阳质量的黑洞,它们中的一些应该合并在一起,但是基本上您应该产生整个质量的质量,然后其中一些仍然存在,” Tod Strohmayer说,位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的天体物理学家。“那么,如果他们形成了,他们在哪里?”

  美国国家科学基金会的激光干涉仪引力波天文台(LIGO)仍然是中等质量黑洞的一个线索,这是加州理工学院与麻省理工学院之间的合作。LIGO探测器与在意大利的欧洲处女座设施相结合,通过称为引力波的时空波动引发了许多不同的黑洞合并。


宇宙花园中缺少黑洞种子