人类在宜居行星探索之路上的奋斗历程——黑洞之谜

早期的黑洞可能孕育了它们质量更大的表亲

早期的黑洞可能孕育了它们质量更大的表亲

人类在宜居行星探索之路上的奋斗历程——黑洞之谜

新黑洞的发现的艺术家印象:它是通过探测引力透镜伽玛射线暴发现的。资料来源:卡尔·诺克斯、奥兹格拉夫

去年,科学家们首次利用引力波探测到一个难以捉摸的中等质量黑洞。现在,澳大利亚的天文学家又发现了另一种现象——这次是利用伽马射线爆发。

人类在宜居行星探索之路上的奋斗历程——黑洞之谜

黑洞形成于巨恒星生命结束并在自身引力下坍塌的时候。但并不都一样——恒星质量的黑洞很小,只有我们的太阳质量的几倍,而位于星系中心的超大质量黑洞则非常巨大,质量是太阳的数百万甚至数十亿倍。

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中等质量的黑洞是这两个种群之间缺失的一环,跨度在太阳质量的100到10万倍之间。2020年发现的黑洞是142倍太阳质量,而新发现的黑洞大约是55000倍太阳质量。

发表在《自然天文学》杂志上的该项研究描述了伽马射线暴探测黑洞的过程。伽马射线暴是两颗遥远恒星相撞时发出的高能闪光粒子。但研究人员观测到的不是一次而是两次这样的爆炸到达了他们的探测器,因为信号是在碰撞和地球之间的某个地方被一个大质量物体引力透镜反射。这个物体——黑洞——扭曲了时空,产生了同一事件的多个镜像。

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这一发现可以帮助天文学家理解超大质量黑洞是如何形成和发展成现在这样大的(这使得它与其他黑洞区别开)。

“这个新发现的黑洞可能是一个古老的遗迹——一个原始的黑洞——在第一批恒星和星系形成之前的早期宇宙中创造的,”来自莫纳什大学的研究合著者埃里克·瑟兰解释说。

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“这些早期的黑洞可能是今天生活在星系中心的超大质量黑洞形成时期/之前的种子。”

该研究估计,仅在银河系附近就有大约46000个这种质量的黑洞。

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注:金发姑娘原则对黑洞的产生仅仅在于未来黑洞会产生另一种天体的期待,未必宜居、未必有生命资源,对于古老遗迹的进化论,黑洞扭转时空的理论等有待验证,人类生命的进化与宇宙进化的关系,未来天文学将努力填补这个空白,仅是天文学还不够,关于生命的起源,正如生命的繁衍一般复杂。这个黑洞的发现不禁让人感慨:世间一个生命消逝,天空同时有一颗星星陨落,古老的天体遗迹向地球这颗年轻的天体昭示了一个信息,时间是相对的,人的生命也是。

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相关知识

黑洞(英语:black hole)是时空展现出极端强大的引力,以致于所有粒子、甚至光这样的电磁辐射都不能逃逸的区域[6]。广义相对论预测,足够紧密的质量可以扭曲时空,形成黑洞[7][8];不可能从该区域逃离的边界称为事件视界(英语:event horizon)。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[9]。在许多方面,黑洞就像一个理想的黑体,它不反光[10][11]。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,这种温度往往在数十亿分之一K,因此基本上无法观测。

最早在18世纪,约翰·米歇尔和皮耶-西蒙·拉普拉斯就考虑过引力场强大到光线都无法逃逸的物体[12]。1916年,卡尔·史瓦西发现了第一个能用来表征黑洞的广义相对论精确解(也就是史瓦西黑洞),然而大卫·芬克尔斯坦在1958年才首次发表史瓦西解做为一个无法逃脱空间区域的解释。长期以来,黑洞一直被认为仅仅来自数学上的好奇。在20世纪60年代,理论工作显示这是广义相对论的一般预测。约瑟琳·贝尔·伯奈尔在1967年发现中子星,激发了人们引力坍缩形成的致密天体可能是天体物理中的实体的兴趣。

预期恒星质量的黑洞会在恒星的生命周期结束的坍塌时形成。黑洞形成后,它可以经由吸收周边的物质来继续生长。通过吸收其它恒星并与其它黑洞合并,可能形成数百万太阳质量(M☉)的超大质量黑洞。人们一致认为,大多数星系的中心都存在着超大质量黑洞。

黑洞的存在可以通过它与其它物质和电磁辐射(如可见光)的相互作用推断出来。落在黑洞上的物质会因为摩擦加热而在外围形成吸积盘,成为宇宙中最亮的一些天体。如果有其它恒星围绕着黑洞运行,它们的轨道可以用来确定黑洞的质量和位置。这种观测可以排除其它可能的天体,例如中子星。经由这种方法,天文学家在许多联星系统确认了黑洞候选者,并确定银河系核心被称为人马座A*的电波源包含一个超大质量黑洞,其质量大约是430万太阳质量。

在2016年2月11日,LIGO科学合作组和Virgo合作组宣布第一次直接观测到引力波,这也代表第一次观测到黑洞合并[13]。迄2018年12月,已经观测到11件引力波事件,其中10件是源自黑洞合并,只有1件是中子星碰撞[14][15]。在2019年4月10日,首次发布了黑洞及其附近的第一张影像:使用事件视界望远镜在2017年拍摄到M87星系中心的超大质量黑洞[3][16][17]。

BY: cosmosmagazine

FY:逆光

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