黑洞,它是天文學(xué)中最火的概念之一,因為它神秘莫測,科學(xué)家至今對它了解的仍然很少。
早在1916年,德國天文學(xué)家史瓦西就從愛因斯坦廣義相對論場方程中推導(dǎo)出了黑洞的存在,黑洞是時空曲率大到光都無法從其事件視界逃脫的天體,奇點處的密度更是無限大。黑洞這個名字是美國物理學(xué)家惠勒取的。
直到幾十年后的1970年,美國“自由”號人造衛(wèi)星終于在天鵝座X-1發(fā)現(xiàn)了一個神秘的天體,最終確認(rèn)這個天體就是黑洞,這是人類發(fā)現(xiàn)的第1個黑洞。
經(jīng)過幾十年的天文觀測,科學(xué)家已經(jīng)在宇宙中發(fā)現(xiàn)了很多黑洞。而且經(jīng)過哈勃望遠(yuǎn)鏡的長期觀測發(fā)現(xiàn),幾乎每個星系中心都存在一個質(zhì)量很大的黑洞,它們就是星系中的王。
那么宇宙中最大的黑洞究竟有多大呢?
在2019年4月份的時候,國際科學(xué)界相互合作,利用事件視界望遠(yuǎn)鏡(ETH)成功拍攝了人類首張黑洞照片。這個黑洞位于M87星系(室女座A星系)中心,距離地球5,500萬光年,質(zhì)量約為太陽質(zhì)量的65億倍,事件視界直徑為959.53億千米。
這個位于M87星系的黑洞,真的很大,銀河系中心的那個黑洞人馬座A的質(zhì)量雖是太陽的431萬倍,可也只有它的千分之一。不過該黑洞并不是宇宙中質(zhì)量最大的黑洞。
宇宙中已知最大的黑洞是Ton618,位于獵犬座。
Ton618形成于135億年前,有專家推測,它可能是宇宙大爆炸后形成的第1個黑洞。
眾所周知,黑洞幾乎能夠吞噬一切物質(zhì),并在吞噬的過程中不斷地膨脹,質(zhì)量越來越大??茖W(xué)家推測,Ton618一開始可能并沒有現(xiàn)在這么大。隨著不斷地吞噬周圍的天體,現(xiàn)在它的視界直徑為3840億公里,質(zhì)量大約是太陽的660億倍,相當(dāng)于大麥哲倫星系總質(zhì)量的6.6倍。
Ton618距離地球104億光年,由于光速的限制,我們現(xiàn)在看到的大約是它104億年前的樣子,它現(xiàn)在究竟成長到多大,真的很難想象,恐怕它所在的星系內(nèi)部的天體都已經(jīng)被它吞噬殆盡了。
Ton618由于質(zhì)量巨大,在它的周圍形成了一個非常明亮的吸積盤,直徑可能在一光年以上。吸積盤是由于物質(zhì)受到引力作用向中心天體落下所形成的盤狀結(jié)構(gòu)。這些物質(zhì)在墜入黑洞前,由于高速運(yùn)動產(chǎn)生摩擦,能夠產(chǎn)生比某些恒星內(nèi)部還高的溫度,釋放出巨量的X射線、伽馬射線、可見光等類型的電磁輻射,看起來非常明亮。Ton618吸積盤的亮度大約是銀河系總亮度的上千倍,以至于在100多億光年外,天文學(xué)家仍然能觀測到它。
這種明亮的結(jié)構(gòu),在很遠(yuǎn)的距離上看起來類似恒星,所以也被叫作類星體。類星體通常是一類活躍星系核,核心都有巨型黑洞存在。
黑洞按照電荷、角動量這兩個物理特性可以分為4大類:不旋轉(zhuǎn)不帶電的史瓦西黑洞、不旋轉(zhuǎn)帶電的RN黑洞、旋轉(zhuǎn)不帶電的克爾黑洞和旋轉(zhuǎn)帶電的KN黑洞(克爾-紐曼黑洞)。
如果按質(zhì)量也可以分為3個級別,分別是質(zhì)量在100萬倍太陽質(zhì)量以上的超大質(zhì)量黑洞,這種黑洞只出現(xiàn)于星系中心,是星系的締造者,成因不明;其次是質(zhì)量大約介于100倍~100萬倍太陽質(zhì)量之間的中等質(zhì)量黑洞;最后一種就是質(zhì)量在3~100倍太陽質(zhì)量之間的恒星級黑洞,這種黑洞是由大質(zhì)量恒星衰老死亡后坍縮形成的,這種黑洞通過吞噬、合并就能形成中等質(zhì)量黑洞。此外,科學(xué)家還猜測宇宙中可能存在量子級別的微型黑洞,不過這還只是理論猜測罷了,并未被證實。
上述的Ton618黑洞,就是一個超大質(zhì)量黑洞。
黑洞能夠吞噬一切物質(zhì),這并不意味著它的質(zhì)量能夠無限增長,因為宇宙間的各個星系離得都非常遠(yuǎn),并且由于宇宙在加速膨脹,這些星系之間也在相互遠(yuǎn)離。因此,Ton618可能已經(jīng)停止成長了,更不可能出現(xiàn)黑洞吞噬宇宙這種事情。