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答案在這兒發(fā)布時間: 11-0700:14輕知計劃簽約作者,未來車科技成都有限公司,優(yōu)質(zhì)科學領域創(chuàng)作者
人類的先知們很早之前就開始仰望“星空”了，我們現(xiàn)在所說的金星、木星、水星、火星、土星就是古代時的天文學家命名的，五行剛好對應每一顆星體的顏色。后來，人類制造出了簡易的望遠鏡，麥哲倫在環(huán)球航海的途中用它觀察到了銀河系的兩個伴星系。哈勃深空望遠鏡的出現(xiàn)，使得我們可以看到更遠處宇宙的樣子，也發(fā)現(xiàn)了星系中藏匿的巨獸——黑洞。
愛因斯坦提出了狹義相對論和廣義相對論當中，有著許多的預言，非常著名的就是黑洞理論，在黑洞的巨大引力之下，連速度最快的光都無法逃匿。經(jīng)過近一百年的研究觀測，天文學家發(fā)現(xiàn)了許多黑洞的類型，除了獨立存在的大質(zhì)量黑洞之外，還有一些質(zhì)量類似恒星但是密集分布的黑洞。
日前，天文學家通過望遠鏡觀察到一個星團，指出該星團的特征體現(xiàn)出在其內(nèi)部可能有幾十個黑洞，那么在這么多黑洞的吸食之下，這個星團未來會不會消失呢？是否宇宙中所有的星團中都有這么多黑洞？
黑洞
黑洞這一概念最早源于愛因斯坦1916年提出的廣義相對論，廣義相對論指出宇宙中巨大的引力物質(zhì)會導致時空彎曲。在時空彎曲的引力場方程的基礎之上，德國天文學家史瓦西進行了更加精確的推導。
這也就是我們經(jīng)常說的“史瓦西黑洞”，在這種以奇點為中心不帶電不旋轉(zhuǎn)的黑洞外面存在著視界，也可以稱為史瓦西半徑。根據(jù)公式r = 2MG/c^2 計算可得，假如太陽在演化之后塌縮成一個黑洞，半徑大約只有3km，地球則更小，只有1cm左右。目前，除了史瓦西黑洞以外，還有克爾提出的旋轉(zhuǎn)黑洞，這一黑洞不是靜止的，而是處于運動和自旋當中的。
黑洞本身和它的名字一樣，是不發(fā)光的，但是黑洞之外的吸積盤會發(fā)光，我們能觀測到黑洞正是基于這一點。吸積盤就是黑洞的巨大引力捕獲了附近的物質(zhì)，從而使得它們圍繞黑洞旋轉(zhuǎn)，這個過程中由于摩擦會產(chǎn)生熱量，這種熱能輻射能夠被我們觀測到，也就是黑洞圖片中周圍的那一圈白光。
吸積盤大致分為三種類型，低輻射效率吸積盤、標準吸積盤、細盤，每種類型對應的黑洞類型和所處位置都有所不同。
目前黑洞的類型有三種，第一種恒星級黑洞，也是比較容易形成和觀察到的一種。這類黑洞是在恒星演化的晚期，恒星當中的物質(zhì)被燃燒殆盡，膨脹到了一定程度之后發(fā)生“超新星爆炸”，經(jīng)過塌縮之后形成黑洞。如今所說的星團中泛濫的黑洞正是這類恒星級黑洞。
第二種，超大質(zhì)量黑洞，這類黑洞的質(zhì)量可能是太陽系的幾百萬倍，比如說目前發(fā)現(xiàn)的Ton618黑洞，它的直徑可以達到3907億千米，所幸目前觀測到的超質(zhì)量黑洞距離我們都比較遠，即使引力大對我們也不會有什么威脅。
最后就是中等質(zhì)量黑洞了，這一類黑洞可以說是觀測者的研究盲區(qū)，因為迄今為止并未發(fā)現(xiàn)，天文學家推測在球狀星團的中央會有此類黑洞的存在。
除此之外，霍金的黑洞面積定理也是現(xiàn)階段熱議的話題，該定理在1971年提出?；艚鹫J為黑洞的表面積永不減少，基于這一觀點，幾個或者多個黑洞可能會在碰撞或者相互吞噬當中形成更大的黑洞，但是不會分裂，只能變大。而這一類說法延伸出的熱力學第二定律中的宇宙中的總熵，又為我們開啟了黑洞穿梭時空的可能性。
Palomar 5
地球所在的太陽系由恒星和行星共同組成，在我們看來巨大的太陽系，卻只是銀河系中微小的一部分，銀河系中除了有諸多星系之外還有約150個星團，它們的誕生時間和銀河系差不多，天文學家通過觀測發(fā)現(xiàn)，其中的一個星團當中可能有幾十個黑洞存在。
Palomar 5也叫帕洛瑪五號，它是位于銀河系巨蛇座的一個球狀星團，1950年時被沃爾特·巴德發(fā)現(xiàn)。在觀測的圖片中顯示，帕洛瑪五號的星團非常稀疏，還帶有一條很長很亮的尾巴，這條尾巴正是它在銀河系引力作用之息下噴射出的潮汐流，也可以叫做恒星流。據(jù)科學家模擬該星團的演化后推測，這一星團之內(nèi)存在的數(shù)量可能在幾十個到幾百個之間不等，星團總質(zhì)量中至少有20％是被黑洞占據(jù)。
帕洛瑪五號之所以看起來十分的稀疏蓬松，正是這些黑洞的引力使其不斷膨脹，在這個過程當中星團中的許多恒星逃逸出來，變成了銀河系最長最亮的尾巴。黑洞會在持續(xù)作用之下越來越多，而且據(jù)霍金的黑洞面積定理，這之中的黑洞可以進行撞擊合成，因此天文學家推測多年之后，帕洛瑪五號星團之內(nèi)的所有恒星都會消失，完全被黑洞所占據(jù)。
通過該星團的演化模型，天文學家認為，星系當中存在的潮汐流可能都是由星團之中的黑洞膨脹，在引力之下恒星發(fā)生逃逸而形成的，每個星團的黑洞多達幾十個，如果真的是這樣，宇宙當中黑洞的數(shù)量可能會超乎我們的想象，當真是“黑洞泛濫”了。
這些藏匿在星團之中的恒星級黑洞，究竟是由內(nèi)部的恒星演化塌縮得來的？還是有我們尚未了解到的其他原因？目前咱們無從得知，但是帕洛瑪五號作為一個典例，給了我們推測其他星團內(nèi)部結(jié)構組成的依據(jù)，因此也可以認為這是一個里程碑式的發(fā)現(xiàn)了！
球狀星團
球狀星團屬于銀河系中的古老成員了，據(jù)推測它的年齡在100億年左右，差不多和銀河系同時誕生。它們的外形和球形十分相像，其中有數(shù)萬顆恒星，在球心的部位恒星最為密集。越大的星系擁有的球狀星團越多，比如銀河系的隔壁鄰居仙女座星系中，就有500個以上。
目前銀河系當中的球狀星團大部分分布在距離銀心距5kpc的位置上，有著一定的對稱性。目前推測其中具有多個黑洞的球狀星團主要有M15、半人馬座w、仙女座G1等。M15位于銀河系當中，它的中心密度非常高，大概是太陽周圍恒星密度的20倍以上，距離我們較近，大概在3.3萬光年左右，便于觀測。
但是現(xiàn)在學術界對于M15中心黑洞的說法各執(zhí)一詞，有人認為這之中存在著大質(zhì)量黑洞，也有人認為它和帕洛瑪五號一樣存在著幾十個黑洞。
球狀星團和太陽系內(nèi)的小行星價值類似，可以作為我們觀察星系以及恒星的前世今生的活化石，它們保留了星系最開始的化學條件和運動規(guī)律，可以幫助我們揭開銀河系來源的謎題。除此之外，球狀星團之內(nèi)恒星的演化也是觀測重點，它之中的黑洞到底是從何而來，也許我們能從恒星的漫長演化當中找到答案。
另外，球狀星團之中的小尾巴也是現(xiàn)在天文學家重點研究的對象，這種恒星流，指的是在巨大的潮汐引力之下，星系發(fā)生扭曲，甚至瓦解，被拉成了我們看到的銀河的模樣。
但是帕洛瑪五號的小尾巴形成原因又有所不同，是因為星團當中存在著多個黑洞，在引力作用之下將這些恒星“擠出來了”，它們匯聚在一起成為了星流。這種星系之間的潮汐作用機制，是探索星系瓦解的關鍵。
首張黑洞照片
大家都知道，在宇宙當中給天體拍張照片還是很難的，更不要提黑洞了。因此這么多年當中，雖然我們完善了黑洞的大多數(shù)理論，也推測出宇宙當中存在著多個黑洞，但是給它們拍攝照片這種高難度的事情，到目前為止就只完成一次。
在拍攝之前，主要確定了兩個對象，第一個就是梅西耶87，也就是我們所說的M87，它距離我們大概5500萬光年，另外一個就是銀河系中心的黑洞了。
終于在8臺望遠鏡為期半個月的拍攝之下，我們得到了一張合成的黑洞照片，與我們的黑洞模型所差無幾，在黑洞的周圍有著巨大的吸積盤，在散發(fā)著光芒，而中心那個暗部就是黑洞本身了。
科學家們還通過黑洞陰影和圓環(huán)大小計算出黑洞質(zhì)量約為65億個太陽質(zhì)量，支持通過恒星動力學計算出的黑洞質(zhì)量。
黑洞的歸宿
現(xiàn)階段人類還是熱衷于探索黑洞的來源和它內(nèi)部的情況，是否真的可以通過黑洞實現(xiàn)時空穿梭也是大家最感興趣的，但是這個宇宙當中的深淵巨獸的歸宿又是什么呢？
霍金除了定義黑洞面積之外，還提出了關于黑洞輻射的原理，該原理指出黑洞可以在熱輻射之下逐漸消失，但是這種熱輻射的蒸發(fā)速度十分緩慢，黑洞的體積越大，蒸發(fā)的就越慢。
但是黑洞如果真的可以蒸發(fā)消失，那么被吸入其中的那些物體信息還能不能重新出現(xiàn)呢？如果不能的話，量子力學當中的信息守恒定律又將成為一個悖論。因此，對于黑洞問題的探索還是任重而道遠的。
結(jié)語
宇宙星團中泛濫的黑洞使得我們對黑洞有了更多的認知，不論是Ton618那種巨無霸型黑洞，還是Paloma 5中這種密集分布的恒星級黑洞，都向我們展示了宇宙的多樣性。黑洞神秘面紗的背后究竟藏著什么，是所有人都好奇的事情。
不得不說，一方面我們對黑洞畏懼，因為它有著巨大的引力，靠近的一切星體和星系都將被揉碎。另一方面，我們又對黑洞內(nèi)部的世界十分感興趣，到底可否通過黑洞，實現(xiàn)像電影當中的穿越，是諸多科幻迷最想知道的事情。
