黑洞可能是大家最感興趣的天體,最靠近地球的黑洞是麒麟座V616,距離大約2800光年,這個(gè)距離遠(yuǎn)嗎?從最近的比鄰星4光年來比較,應(yīng)該是個(gè)非常遙遠(yuǎn)的距離,但從宇宙的尺度上來看,又是一個(gè)非常近的距離!
意大利國家研究所的博士生西爾維亞·貝拉迪塔和他的合作者研究表明,宇宙初期可能充滿了黑洞,而他們很幸運(yùn),觀測到了早期宇宙發(fā)出的一束耀眼的光芒,使得我們得以窺視到宇宙最初的時(shí)刻!
貝拉迪塔和他合作者們發(fā)現(xiàn)的有趣事實(shí)
在了解發(fā)現(xiàn)的有趣事實(shí)之前,先來個(gè)簡單的鋪墊,因?yàn)橐忉尀槭裁茨芸吹侥敲催b遠(yuǎn)的一束光,要不然沒法解釋!現(xiàn)代天文學(xué)對于黑洞的形成有幾種理論:
如何形成黑洞?
一種認(rèn)為是恒星型黑洞,即超大質(zhì)量恒星在晚期直接坍縮而成或者在超新星爆發(fā)的過程中形成黑洞。
而另一種理論則是宇宙大爆炸時(shí)產(chǎn)生的原初黑洞,一般恒星型黑洞不太可能超過太陽質(zhì)量的幾十倍,但原初黑洞則沒有上限。
還有一種是星云坍縮成數(shù)十萬太陽質(zhì)量以上的相對論星體,這類天體會(huì)因其核心產(chǎn)生正負(fù)電子對所造成的徑向擾動(dòng)而開始出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài),并會(huì)直接在沒有形成超新星的情況下坍縮成黑洞
黑洞如何成長?
現(xiàn)代天文觀測到的黑洞洞這太陽的數(shù)百萬倍,甚至高達(dá)數(shù)十億倍,顯然在誕生初期黑洞是沒有那么大的,所以黑洞有一個(gè)成長過程:
吸積:黑洞誕生后,如果周圍有其他恒星或者星際塵埃等物質(zhì),那么它會(huì)不斷吸積而成長,但速度相對有限,因?yàn)樵谖镔|(zhì)掉落黑洞的過程中,會(huì)因?yàn)閴嚎s而出現(xiàn)全波段的電磁輻射,如果物質(zhì)太多,則會(huì)形成愛丁頓極限效應(yīng),即光輻射會(huì)降低吸積速度,從而趨向一種平衡。
合并:黑洞合并是一條捷徑,但并不是小型黑洞能合并,超大質(zhì)量的黑洞甚至星系合并過程中同時(shí)完成,未來的銀河系和仙女星系在合并后中心的黑洞也有可能合并。
黑洞的相對論性噴流
合并的黑洞能產(chǎn)生強(qiáng)大的引力波得以讓我們探知,LIGO發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)引力波事件就是雙黑洞合并,但在沒有引力波事件發(fā)生時(shí)我們就沒法觀測了?
并不是,黑洞在吸積物質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的全波段電磁輻射,比如X射線和伽瑪射線,以及可見光和低頻電磁輻射,2019年4月10日對M87星系中央的黑洞成像用的就是毫米波(電磁波段),不過想要看到宇宙誕生初期黑洞吸積物質(zhì)的光芒,那就沒轍了?
也不是,因?yàn)楹诙丛谖e物質(zhì)時(shí)會(huì)在自轉(zhuǎn)盤面的垂直中心向兩側(cè)延伸出一條相對論性噴流,一般認(rèn)為相對論性噴流的直接成因是中心天體吸積盤表面的磁場沿著星體自轉(zhuǎn)軸的方向扭曲并向外發(fā)射形成,相對性噴流是超新星爆發(fā),黑洞吸積中的伽瑪射線暴主要成因,這些噴出的粒子速度是宇宙中最快的速度之一。
這種伽馬射線爆發(fā)非常強(qiáng),假如參宿四爆發(fā)因?yàn)榫嚯x640光年地球不會(huì)有任何問題,但如果相對性噴流對著地球,那么可能會(huì)導(dǎo)致地球文明毀滅,不過可以放心的是參宿四的自轉(zhuǎn)軸角度和地球方向差得遠(yuǎn)了。
貝拉迪塔和他合作者們的發(fā)現(xiàn)
他們觀測到了從遙遠(yuǎn)宇宙?zhèn)鬟_(dá)到地球一束強(qiáng)烈光芒,根據(jù)推測這種極有可能來自宇宙大爆炸后的第一批恒星時(shí)期的光子,是早期宇宙中黑洞正在大量吞噬物質(zhì)的相對論性噴流,根據(jù)這種噴流的特性,它的角度非常狹窄,簡單的說,如果有一束噴流對著地球,那么在宇宙中就有千千萬萬束噴流,每一束噴流后都代表了一個(gè)巨型甚至超巨型黑洞。
這正是要解答的問題,但問題其實(shí)也不難回答,因?yàn)樵谟钪嬲Q生9億年時(shí)候整個(gè)宇宙大小大遠(yuǎn)沒有現(xiàn)在大,簡單的說就像一調(diào)羹糖倒入了池塘,它們盡管都還在,但卻嘗不出任何味道了!
但它們并未消失,也未稀釋,甚至現(xiàn)在我們都可以一個(gè)個(gè)將它們數(shù)出來,因?yàn)槊恳粋€(gè)超大黑洞都成了星系的中心,比如銀河系中心的Sgr A*黑洞是太陽的400萬倍,M87*黑洞是太陽的65億倍,當(dāng)前觀測到宇宙最大的兩個(gè)黑洞是:
TON 618:位于獵犬座靠近銀道坐標(biāo)北極的極度扭曲并擁有極高亮度的類星體
S5 0014+81:位于仙王座高緯度地區(qū)靠近北天赤道極的耀變體(一種擁有高能量和變化特征的類星體)
當(dāng)年在池塘里游泳的小屁孩現(xiàn)在都成了一個(gè)個(gè)星系中心的頂梁柱,沒有黑洞強(qiáng)大的引力支持,星系根本無法形成,所以當(dāng)各位觀測深空天體(很多都是星系,比如M31)時(shí)請不要忘記YY一下那中心巨大的黑洞。