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                                  太阳城娱乐网站_年幼的宇宙 奈何养育出大胖子黑洞?

                                    克日,《天然》刊发的一篇文章再次革新了人类探测黑洞的记录。该文章公布发明白宇宙大爆炸之后6.9亿年的超大质量黑洞,是迄今所知宇宙最早期的超大质量黑洞。

                                    假如将可视察宇宙汗青138亿年浓缩为100年,那就相等于在宇宙只有5岁时,养育了一个大胖子黑洞。这不禁让人疑问,这个胖子黑洞是怎样养成的?

                                    宇宙中常见的怪兽

                                    黑洞的提出,还要回到爱因斯坦的广义相对论。在广义相对论提出的那一年,德国天文学家史瓦西求出了爱因斯坦方程的第一个严酷解,对应的是球对称、不自转物体重力场的准确解。他发明,任何具有质量的物体都存在一个临界半径——后被称作史瓦西半径。假如某质量的物体塌缩至史瓦西半径,该物体将在自身引力浸染下继承塌缩至黑洞。在史瓦西半径内,包罗光子在内的任何粒子都无法逃离,意味着我们无法看到它。

                                    虽然,黑洞不是逗留在笔尖的数学解,而是宇宙中常见的怪兽。尽量我们不能直接看到黑洞,但可以通过它们对周围物质的引力影响来判定它的存在,如按照周围恒星或气体的行为、按照黑洞的强引力对光泽的弯曲效应等。引力波信号的探测,以另一种方法证明白黑洞的存在。

                                    天文学家们按照质量的差异将黑洞分类成:恒星级质量黑洞(质量从几倍到几百倍太阳质量)、超大质量黑洞(质量大于几百万倍太阳质量)和介于恒星级和超大质量黑洞之间的中等质量黑洞三大类。今朝,恒星级质量黑洞和超大质量黑洞都被视察到,唯独中等质量黑洞的视察成就甚少。

                                    贪心吞噬物质的生平

                                    一样平常以为,恒星级质量黑洞的形成与大质量恒星有关。它演化到晚期后,焦点的燃料用尽,所发生的能量无法匹敌自身物质向内的引力,会产生塌缩,并以超新星爆炸竣事本身的生命。当剩余的焦点质量大于3.2倍太阳质量时,将会在引力浸染下继承塌缩形成黑洞。

                                    面临中等质量黑洞缺乏视察证据的近况,天文学家们展望,中等质量黑洞的来历有三种也许机制:恒星级质量黑洞的并合或恒星级质量黑洞通过吞噬气体生长而形成,宇宙大爆炸进程中形成的原初黑洞,以及经星团历练后的大质量恒星塌缩而成。对付第三种也许,科学家以为在星团中,许多大质量恒星也许一连丧失能量和动弹的手段,因而逐步移动到星团的中心,它们之间彼此碰撞并合形成更大质量的恒星,直至形成质量在几百倍至几千倍太阳质量的恒星,并最终塌缩形成中等质量黑洞。

                                    至于超大质量黑洞,简朴的答复即是通过更小质量黑洞的碰撞并合,以及更小质量的黑洞吞噬气体尘土而成。

                                    黑洞吞噬物质在宇宙中是常见的。而黑洞并合带来生长,也不难领略。LIGO探测的五次引力波都对应了恒星级质量黑洞的并合变乱,让更小的黑洞借助并合生长为更大的黑洞;险些在每个大质量星系的中心都存在一个超大质量黑洞,宇宙中也不乏星系并合的视察证据,星系并合的后期,即是两者中心超大质量黑洞的并合。

                                    黑洞生长的时刻危急

                                    黑洞吞噬周围气体是有控制的。黑洞在吸积吞噬周围物质时,物质着落开释的引力能会转化为辐射,当吞食的物质累积到必然水平,向外的辐射压会阻止物质的进一步着落。当天体浸染于一个粒子上的引力和辐射压恰恰均衡时,对应的临界吸积率称作爱丁顿吸积率。一样平常环境下,爱丁顿吸积率是黑洞吸积物质的最大服从。

                                    视察发明,在宇宙早期,好比宇宙大爆炸之后10亿年内,就存在质量为百亿倍太阳质量的超大质量黑洞。这令人迷惑,假如说它是从一个婴儿(种子)黑洞长大的,,这个婴儿黑洞得多大?婴儿黑洞怎样吞噬周围气体尘土食品,才气长成现实视察到的大胖子呢?

                                    最天然的一类种子黑洞要寻根于宇宙大爆炸后几亿年阁下形成的第一代星系。它们中的大质量恒星快速演化到晚期,产生超新星爆炸,焦点残留的天体即是质量约几百倍太阳质量的黑洞。

                                    但假如假设种子黑洞是这类恒星级质量黑洞,鉴于质量增添的速率受爱丁顿吸积率限定,那么纵然种子黑洞一向以最快速率生长,质量增添到十亿、百亿倍太阳质量所必要的时刻也远远高出它的年数。这就带来了所谓的黑洞生长时刻危急题目。

                                    吃得更快,照旧生来就更胖

                                    为了办理这个题目,收缩超大质量黑洞生长所必要的时刻,天文学家们从理论上提出了多种也许方案,个中有三种广为接管。

                                    个中一种理论中,科学家假设种子黑洞如故是小质量的恒星级黑洞,可是生长速率更快,以高出爱丁顿吸积率的速率吃对象。理论研究发明,要想维持超爱丁顿吸积,必要担保种子黑洞深居足够致密的气体中,从而光子无法有用地辐射出去。可是试想,种子黑洞所处的第一代星系中,新形成的恒星还不不变,会吹出强烈的星风;演化到晚期的恒星也许进入超新星爆炸阶段,发生凶猛的攻击波。在云云不平静的情形中,可否维持那一方致密气体包裹住种子黑洞,让它能保持超爱丁顿吸积直至生长为超大质量黑洞,如故是个未知。

                                    在另一种方案中,科学家以为宇宙早期就存在中等质量黑洞,种子黑洞生来就更胖,而它们源于气体云块的直接坍缩。这一方案的重点在于,气体云块无法有用冷却,因而克制了气体云的碎裂和后续的恒星降生,导致最后直接引力塌缩为中等质量黑洞。在真实的早期宇宙中,具有这种性子的气体云块确实也许存在——一团首要因素为氢和氦的气体云,洗浴在紫外光子的海洋中。而针对黑洞吞噬的气体供应方面,克日上海天文台沈俊太的研究提供了一种也许,旋涡星系的盘状布局轻易受到自身动力学不不变性可能星系间的潮汐浸染的影响而形成星系棒;早期星系演化中星系棒可以或许差遣足够多的气体流入星系中心,为形成超大质量黑洞提供了隐藏的质料。

                                    不外也有科学家以为,作为种子黑洞的中等质量黑洞,源于经星团历练后的大质量恒星的塌缩。

                                    为了缓解时刻危急,后两种机制没有试图加速种子黑洞通过吞噬气体来生长的速率,而是理论上预言宇宙早期存在中等质量黑洞作为种子黑洞。在上述三种理论中,第二种理论的预言与一些视察功效符合,因此该理论的受存眷度越来越高。

                                    关于宇宙如安在其早期养育出胖子黑洞,尚有许多未解之谜,信托视察技能和装备的晋升会揭开宇宙早期的更多奥秘,如詹姆斯·韦伯望远镜将能直接视察到最早期的星系和黑洞,在种子黑洞的探求和研究上有所收成;以激光过问干与空间阵列为代表的空间引力波探测器将有助于限定黑洞并合模子;高精度的数值模仿也将帮我们领略黑洞的形成与演化。(左文文)

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