@ 2016.05.26 , 11:20
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天文学家已解开与黑洞形成有关的最大谜题

提到宇宙中最大的物品,超大质量黑洞敢认第二没别的敢认第一。它的质量相当于170亿太阳的质量,但它的尺寸却只有我们的太阳系这么大。真是令人难以置信。

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与超大质量黑洞有关的最大一个谜题是,它们为什么会这么大?

多年来,天文学家们一直在对两种方案争论不休:要么超大质量黑洞一开始就非常大,要么超大质量黑洞一开始很小但它们后来开始以难以预测的速度扩张,该速度将打破我们目前对物理定律的理解。现在,感谢NASA哈勃望远镜提供的新线索,我们也许找到了最终的答案。

天文学家们找到了质量为太阳质量十万倍的黑洞候选者,这些巨大的物体将开启黑洞变成超大质量黑洞的过程。

意大利比萨高等师范学校的Andrea Ferrara是研究团队的一份子,她表示:“人们一直在争论黑洞采取的是哪个形成方案。我们的工作表明我们可以结束这样的争论,即黑洞其实一开始就很大并以正常的速度扩张,而不是一开始很小但以极快的速度扩张。”

让人们对黑洞开始很大后来变得更大这一假设难以达成一致的原因,在于物理学家们很难找到可以形成超大质量黑洞的种子候选者,避开黑洞刚开始很小后来变大这一理论中出现的不可能的增长速度问题。

比较合理的说法是质量相当于100个太阳的小型黑洞相互融合形成超大质量黑洞候选者,这些黑洞候选者从它们的周围吸收气体之后将变得越来越大。一旦它们到达特定规模,它们的内部将发生塌陷,开始形成更大的黑洞。

但没有人能够解释在我们宇宙的第一个超大质量黑洞形成的过程中,这些小型黑洞如何融合并及时(在大爆炸后不到十亿年的时间里)快速增长至数十亿个太阳的质量。

于是,科学家们开始提出其它的可能性,如果超大质量黑洞直接由气体云(这样形成的黑洞一开始就很大并且会变得更大)形成会怎样呢?

为了测试这一假设,Ferrara及其同事利用哈勃、钱德拉和斯皮策太空望远镜搜寻黑洞候选者。

他们找到了两个黑洞种子,这两个物体的质量是太阳质量的10万倍,直接由大量气体挤压形成。

计算机模型显示如果一个超大质量黑洞真的由这些气体云形成,那么它将快速跳过早期的生长过程,这也能解释这些宇宙巨兽如何能够在大爆炸过后仅仅十亿年的时间内达到如此不可思议的质量。

意大利国家天体物理研究所的Andrea Grazian说:“黑洞种子很难寻找,确定它们的检测也是一件非常困难的事。不过,我们认为我们的研究已经发现了到目前为止最佳的两个候选者。”

在没有更多黑洞候选者进行研究和寻找线索的情况下,确认这些气体云是超大质量黑洞的前身为时过早。该团队计划在X射线和红外线波长中进行后续观察,确定这两个黑洞候选者是否具备更多人们期望中的黑洞种子特性。比萨高等师范学校的Fabio Pacucci表示:“如果我们的发现能够被证实,那么它将可以解释这些怪兽黑洞的诞生。”

该研究将被发表在《皇家天文学会月报》上,点这里免费阅读。

本文译自 ScienceAlert,由译者 肌肉桃 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 33+1

  1. 3151432

    超 大 质 量 的 黑 洞

  2. 雪线
    @2 years ago
    3151437

    黑洞太大,我的脑洞太小,看不明白。

  3. 雨碎江南
    @2 years ago
    3151442

    你说的我都懂,但是为什么这个黑洞这么大?

    [22] XX [2] 回复 [0]
  4. 3151451

    所以结论是?

  5. 美豚儿
    @2 years ago
    3151453

    一旦接受了神创世 所有理论就显得好无用。。。

    [6] XX [33] 回复 [0]
  6. 梨花树
    @2 years ago
    3151454

    看完之后,我的内心十分讨厌这些标题写的很振奋人心,内容却在打太极的文章

    [84] XX [2] 回复 [0]
  7. hellozhaoming
    @2 years ago
    3151455

    1.某个文明受到某神级文明的攻击,使整个星系坍塌为超大黑洞;
    2.某高度发达的外星文明制造了一个保护机制,能源源不断从外界吸收物质和能量,同时防止内部的信息外泄。在外部观察者看来就像一个超大黑洞,但是其内部结构未知。

    [9] XX [21] 回复 [0]
  8. 3151464

    道理我都懂,可是它为什么这么大

  9. 哎呦哇啦
    @2 years ago
    3151469

    道理我都不懂 但我知道它们肯定很大

  10. 是打发我撒旦
    @2 years ago
    3151485

    人类其实都不懂,它就是那么大耐它何?!

  11. lbSeevdo
    @2 years ago
    3151487

    文章开头:
    “提到宇宙中最大的物品,超大质量黑洞敢认第二没别的敢认第一。它的质量相当于170亿太阳的质量,但它的尺寸却只有我们的太阳系这么大。真是令人难以置信。”
    读起来怪怪的,第二句说这么大的质量配不上这么小的尺寸。首先太阳系哪怕只算到海王星轨道,尺寸也超过目前发现的最大恒星不是一点半点,相对于天体的尺寸已经不小了。另外170亿太阳质量的大黑洞,我记得NGC 1266的中心黑洞就是这个质量,海王星轨道跟它的事件视界相比都显得特别小,网上有对比图,其他蛋友可以试试搬运。

  12. 暮光闪闪
    @2 years ago
    3151491

    每一个字都看得懂系列

  13. 神响
    @2 years ago
    3151518

    难道不是那个多少沙才是沙堆的问题吗,额

  14. 3151534

    这是我家的鹅,他为什么这么大?为什么。。。

  15. 3151571

    @美豚儿: 神创论不是问题,我们只要接受有一个我们无法触及的天花板,而我们所处的世界就是让我们不断通过了解天花板是如何构成的而逐渐有所认知,就可以了。

  16. Vanessa
    @2 years ago
    3151576

    …看不懂怎么办。用自然语言(说人话)听不懂呀,求计算模型,求计算过程,数学形式应该能看得懂。

  17. 老和
    @2 years ago
    3151656

    @smj: 结论是科学家已经将望远镜对准黑洞种子。

  18. 3151734

    宇宙不就是一盘意面吗

  19. 3151829

    @美豚儿: 那你先回答一个问题:谁创造了神?

  20. lbSeevdo
    @2 years ago
    3151917

    @lbSeevdo:
    更正,是NGC 1277。

  21. 老蛋
    @2 years ago
    3151992

    黑幕呗,也叫“黑域”或者“黑墓”……

  22. 追梦无悔
    @2 years ago
    3151999

    想到我们的子孙就快看到生命的起源和宇宙的奥义,就觉得活着还是很值得。

  23. 乘凉凉快
    @2 years ago
    3152019

    黑洞自然是由物质组成的但不是显物质应该是暗物质那么什么是暗物质呢我们都知道中微子它的特性就类于暗物质也就是说暗物质是基本粒子如胶子夸克它们比中子还小巨大的力量把它们结合到一起就成了黑洞

  24. Kra_llaF
    @2 years ago
    3152111

    @GGG: 你这个有问题,人家可以反问宇宙是哪里来的,那个奇点是哪来的,是谁让他爆发的。

  25. 3152173

    @lbSeevdo: 回答你这个问题还是得从史瓦两半径说起。简单说史瓦西半径指的是一个天体要坍缩到黑洞需要压缩到什么体积,当然,它与密度也有关系,密度越高,压缩就不那么费力,相对也就压缩得不必体积太小。
    史瓦西半径公式是r=2GM/c^2,
    以太阳为例,即2 × 6.67 × 10^-11 N (米^2) × 1.989×10^30 (kg) / 8.98755 × 10^16 (米^2)
    计算后约等于:2952 m。也就是说要是把太阳这个139万千米水密度1.4倍的天体压缩到2.95公里的球体,恭喜你得到了一个黑洞。(式中r为天体逃逸速度等于光速时其半径值,G为万有引力常数,M是天体此处为太阳的质量,而C是光速。

  26. 3152181

    @lbSeevdo: 按史瓦西半径来衡量地球的话,把地球压缩到0.88厘米(一粒大豆?)也就得到了另一个黑洞。
    对于一个170亿倍太阳质量的话,按照球体积V=4/3兀R^3,开立方170亿乘以太阳史瓦西半径,就得到了该黑洞的史瓦西半径。对于NGC1277来说,它的史瓦西半径等于7584.45公里。

  27. 3152185

    @lbSeevdo: 对于太阳系这个概念性东西,有不同版本的理解,最小的是以太阳为中心加各行星运行轨道范围内(至海王星为半径45亿千米范围),大一点的是再加上柯依伯带(远至15o亿千米范围,其间有数十亿冰质慧星陨星小天体),最大的太阳系概念是将柯依伯带之外奥尔特云也算在内,毕竟这个太阳星云是受太阳引力影响,太阳也是由此云产生。这范围太大,大概一光年且所知甚少),

  28. 3152186

    所以,即便是最小太阳系概念的海王星范围,也与7584千米相差悬殊,45亿千米对比7584千米??
    但是问题不是这么简单,我们是假设太阳密度与NGC1277密度一致,按史瓦西半径理论来说黑洞质量越大,密度则越小,所以体积会越大。
    顺手牵羊百度作业帮
    假如质量为M的星体变成黑洞 那么有星体表面的逃逸速度等于光速 GMm/r^2=mC^2/r 约去m整理一下有 M/r=C^2 /G 质量等于体积乘以密度 M=βV=β*(4/3) * π * r^3 所以M/r=βV=β*(4/3) * π * r^2=C^2 /G 从而得出 β=4/3*C^2 /(π * r^2G) 也就是说黑洞的密度不是固定不变的,随着黑洞半径的变大密度是越来越小的,也就是说质量越大的星体形成黑洞的时候密度并没有质量小的星体形成的黑洞密度大,(注意这是星体形成黑洞的最低密度,不是最终密度)
    其实由公式 β=4/3*C^2 /(π * r^2G)得出黑洞密度其实和黑洞视界面积成反比(π * r^2是面积,其他都是常识)

  29. 3152187

    对于海王星轨道来说,45亿千米的半径对7584千米相差太过于悬殊。
    但是这是以NGC1277密度与太阳密度一致的假设基础上求得。
    实际上黑洞应该是随质量增大而密度减小的。
    摘抄作业帮:
    假如质量为M的星体变成黑洞 那么有星体表面的逃逸速度等于光速 GMm/r^2=mC^2/r 约去m整理一下有 M/r=C^2 /G 质量等于体积乘以密度 M=βV=β*(4/3) * π * r^3 所以M/r=βV=β*(4/3) * π * r^2=C^2 /G 从而得出 β=4/3*C^2 /(π * r^2G) 也就是说黑洞的密度不是固定不变的,随着黑洞半径的变大密度是越来越小的,也就是说质量越大的星体形成黑洞的时候密度并没有质量小的星体形成的黑洞密度大,(注意这是星体形成黑洞的最低密度,不是最终密度)
    其实由公式 β=4/3*C^2 /(π * r^2G)得出黑洞密度其实和黑洞视界面积成反比(π * r^2是面积,其他都是常识)

  30. 3152189

    黑洞理论的密度上限是普朗克密度,就是水密度94次方倍,当然如前所说,它的体积必定极小,至普朗克长度为奇点时反而无密度无质量。体积上限密度下限随观测的新发现,还不能确定。

  31. 3152193

    这事还没探讨完。
    史瓦西描述的是不旋转的黑洞,另一个不旋转黑洞方程是莱斯纳版本,这两个版本我不大赞成,原因是几乎可以确信多数大星系中有黑洞,若不转动星系又如何保持形态,那些美丽旋臂早该被黑洞引力吞噬。而且有违宇宙无物不动的特质。
    应该是克尔黑洞或克尔一纽曼黑洞更有可能,就是说有旋转,这样才更有可能形成旋涡星系的形态。
    不自旋的黑洞或许能解释椭圆星系形态,但是难以解释为何椭圆星系存在已久的事实,如果说相距遥远,看到的是数十亿年前的样子,而今早已坠落其黑洞中,那么距地球”附近“也有存在很久的椭圆星系否定了这一点。
    霍金只是求得了黑洞蒸发这个解,自诩为牛顿爱因斯坦第三人,过于自负了点。也许科学这门严肃僵硬,需要霍金式推广普及大众喜爱。

  32. 3152195

    通篇看来文章内容与标题不符,它只是说找到两个可能形成黑洞的气体云等待观测,推测黑洞或许不需要经历恒星演化直接到位。
    这么推测不无道理,恒星质量越大寿命越短,超大质量恒星仅百万年,焉知无更大更短命的恒星,再往大了推算还真保不准有可能。
    170亿倍太阳质量的黑洞确实太不可思议,你一个最早可能只有网球大小去吸引14O公里以外的一个运动着的玻璃球,一年不止吸一个吸了二百亿以上个玻璃球才有这个规模。(宇宙137亿年,黑洞贪吃但抛洒食物也不少)。
    若真是由质量和密度特别特别巨大的气体云坍缩形成,那么狠好奇该气体云如此巨大的质量密度怎么来的,宇宙早期应该是密度较均匀的,这不禁让我想起宇宙第一代恒星都是超巨大的说法,只有如此大的恒星才能使得星系这么早形成,星系才能这么古老。
    如果这样,宇宙就不应该均匀,不是各种夸克,胶子光子海洋任意穿梭,而是宇宙存在中心,或者有多个中心创造不同密度粒子,或者有其它不为人知的”干涉”。

  33. 光速板擦
    @2 years ago
    3152230

    这问题下面也有神创论来刷存在感。

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