然而 , 最近的观测表明 , 在138亿年的宇宙历史中 , 宇宙诞生约7亿年后 , 已经存在一个超大质量黑洞 , 其质量是太阳的20亿倍 。
在以前设想的场景中 , 宇宙的第一代恒星在宇宙诞生几亿年后首次出现 , 当超新星爆炸后可以形成恒星质量黑洞 , 被认为是种子黑洞 。
然而 , 即使第一代恒星比太阳重近100倍 , 并且在短短1000万年左右就产生超新星爆炸 , 它也不能在宇宙诞生后的7亿年间就从种子黑洞成长为重约20亿倍的超大质量黑洞 。
到目前为止 , 科学家的设想和观测之间出现巨大的矛盾 。
宇宙诞生不久后 , 是否有一种机制可以产生质量比我们想象的更大黑洞? 或者是有一个机制可以更有效地增加黑洞质量?先有星系中心的超大质量黑洞还是星系?都是一个个有待解决的重大科学问题 。
中间质量黑洞恒星质量黑洞的质量是太阳的几十倍 , 星系中心黑洞的质量是太阳的几十万亿倍 , 那么中间质量的黑洞又有哪些奥秘呢?
事实上 , 科学家对中间质量黑洞知之甚少 。在观察中很少发现这种情况 , 而且首先讨论了是否存在这种存在 。
传统的理论认为 , 恒星坍缩时是不会产生质量在65到135个太阳质量之间的黑洞 。 当恒星核心的质量大于65个太阳质量时 , 垂死的恒星内核非常致密时 , 其中心变得如此炽热 , 以至于它们开始将光子转换成成对的粒子和反粒子 , 这种现象就被称为对不稳定性 。 如此一来 , 恒星中心核燃烧以一种失控的方式加速 , 其结果就是恒星在爆炸后没有留下任何黑洞的遗迹 。
2019年5月21日 , GW190521事件想象图
在2019年5月21日 ,地球接收到70亿光年处的两个黑洞合并发出的撼动全宇宙的引力波 ,虽然这可能只是宇宙时空中稀松平常的一件事 , 虽然在地球天文台监测设备持续不到不到十分之一秒 , 但它包含的有关合并的黑洞的信息 , 却震撼了整个天体物理学界 。
经过计算 , 参与合并的两个黑洞的质量分别是太阳质量的66和85倍 , 由此产生的黑洞有142个太阳质量 , 在此之前人类物理学认为不可能出现这样中质量的黑洞 。
那么这种情况下 , 中间质量的黑洞是怎么诞生的呢? 目前可能有两种情况 。
一种情况是 , 正如重力波观测到的那样 , 小黑洞之间发生碰撞合并或吸收周围气体时成长为中质量黑洞 。
另一种情况是 , 一颗恒星的重力衰变 , 就像恒星质量黑洞一样诞生中质量的黑洞 。
但是要通过重力衰变产生中质量黑洞 , 恒星的重量需得是太阳的10000倍左右 。然而 , 宇宙中这样的恒星几乎不存在 。
黑洞从周围的天体中吸取气体的图像 , NASA/CXC/M.Weiss
这些重恒星最容易被创造的环境中是宇宙大爆炸发生后不久的早期宇宙 。
在宇宙早期 , 宇宙中只有非常轻的元素:氢、氦和少量的锂 。由于仅含有氢和氦的原始气体云不能发生湮灭和冷却 , 而恒星需要大量气体云才能产生 。因此 , 科学家推测在宇宙的早期 , 可能有许多重恒星 。
然而 , 到目前为止 , 还没有真正观察到这些重恒星 。 因此 , 在宇宙诞生后不久 , 恒星的重量是否超过太阳的10 , 000倍 , 这仍然被认为是一个谜 , 所以由重恒星坍缩创造中质量恒星的说法无从谈起 。
宇宙中的黑洞多种多样 , 还有很多未知是我们人类无法解读的 。
但是对于过去 , 人类总有一种天生的好奇和敬畏 , 对于未来 , 人类尚且还有很多未知等待探索 , 宇宙浩瀚而神秘 , 为什么不仰望夜空呢?
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