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超大质量黑洞能有多大?

2020-02-29 15:33:16 来源: 作者:佚名 阅读:197

一个超大质量黑洞的大小是否存在理论极限?

根据史瓦西半径定义,黑洞的大小与其质量有关,大质量意味着黑洞边界扩大,因为更大的质量促使时空在更大的区域内弯曲。但是要注意,史瓦西半径并不是指一个实际的表面,而是超越它的区域,时空弯曲到逃逸速度超过光速的程度。换句话说,在这么小的体积里有这么多的质量,以至于引力使时空弯曲到连光都无法逃脱的程度。因为没有光的反射,所以黑洞是黑的。

图解: 位于室女座的超巨椭圆星系——室女A星系(M87)核心内的超大质量黑洞,估计质量约为太阳的65亿倍。此影像是由事件视界望远镜所拍摄,是史上首帧黑洞的实际影像。

虽然理论上超大质量黑洞可以无限增长,但仍存在一个理论最大值。传统的吸积盘方法解释了它的生长,气体在靠近超大质量黑洞时受引力吸引,穿过光子球,在视界外螺旋进入黑洞时被吸进圆盘(光无法逃逸边界之外)。这个上限是500亿M☉(太阳质量)。在这一点上,或者通常是在达到这一点之前,气体会被耗尽,超大质量黑洞无法获得更多的质量,除非潮汐干扰了偶尔靠近的恒星。潮汐干扰事件是指恒星离黑洞太近,被黑洞的潮汐力拉开。

图解:上:艺术家描绘超大质量黑洞从邻近的星体上抽走物质。 左下:超大质量黑洞的X光映像。 右下:超大质量黑洞的光学映像。

但是超大质量黑洞可以通过黑洞合并超越这个上限,这是由星系合并引起的;当星系合并时,两个星系中心的超大质量黑洞将在某一时刻进入引力舞蹈,相互缠绕,最终合并成为一个更大的超大质量黑洞。还要注意随着星系合并,一些气体和恒星将再次靠近黑洞,这意味着物质出现在黑洞附近,至少其中部分材料可以螺旋进黑洞,使黑洞获得更多的质量。

上图是两个正在合并的星系——犬座星系中的星系ngc2207,它点燃了超大质量黑洞(主星系中心的亮点)。星系合并是活跃星系核发生的最可能原因。图片来自:ESO

因此,超大质量黑洞质量的当前上限仅仅是取决于当前宇宙。在更多的时间和更多的星系合并之后,这个上限可能会有所增加。然而,由于暗能量(加速空间膨胀的力量)将大多数星系分开,星系合并不会无限期地发生,因此超大质量黑洞也不会无限地增长。

图解:超大质量黑洞从吸积盘中吸积的概念图。

超大质量黑洞(SMBH或有时SBH)是最大的黑洞类型,其质量是太阳质量(M)的数十万到数十亿倍。黑洞是一类经历了引力坍缩的天体,它形成的球形空间是任何物体都无法逃脱的,甚至光也无法逃脱。观测证据表明,几乎所有的大型星系都有一个位于星系中心的超大质量黑洞。银河系中,超大质量黑洞相当于人马座A*在银河系中心的位置。星际气体的吸积作用到超大质量黑洞的过程是负责驱动类星体和其他类型的活动星系核的过程。、

相关知识

黑洞(英语:black hole)是时空展现出引力的加速度极端强大,以至于没有粒子,甚至电磁辐射,像是光都无法逃逸的区域。广义相对论预测,足够紧密的质量可以扭曲时空,形成黑洞;不可能从该区域逃离的边界称为事件视界 (英语:event horizon)。

图解:模拟大麦哲伦云前方有黑洞的影像图。请注意重力透镜效应产生两个高度扭曲的星云图像。在顶端出现被扭曲成弧形的银河盘面

虽然,事件视界对穿越它的物体的命运和情况有巨大影响,但对该地区的观测似乎未能探测到任何特征。在许多方面,黑洞就像一个理想的黑体,它不反光。此外,弯曲时空中的量子场论预测,事件视界发出的霍金辐射,如同黑体的光谱一样,可以用来测量与质量反比的温度。在恒星质量的黑洞,这种温度高达数十亿K,因此基本上无法观测。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. Quora

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