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黑洞是恒星「遺骸」!那恒星沒出現時,第一個黑洞是如何形成的?
2023/09/14

黑洞可謂是宇宙界的「流量大明星」了。

早在1783年11月27日,天文學發展八字都沒個一撇的時候,英國物理學家與化學家 亨利·卡文迪許就打開了一封來自 牧師約翰·米歇爾寄來的信,在信中,米歇爾提出一個大膽的假設,他說: 要是宇宙中存在一種天體,一種直徑是太陽的500倍的天體,那它表面的逃逸速度將會超過光速

引力透鏡效應

這就是 關于黑洞存在最早的預言,甚至米歇爾推測的觀測方式也是正確的。而收到這封信的卡文迪許也將這封信的內容公之于眾,在第二年就發表在《自然科學報》上。

這種 無法被看見但具有極大質量的天體瞬間就引起了科學界的興趣,現在,我們不僅看到了兩個黑洞的照片,并且還建立了更完善的物理學系統,黑洞成了真正的「大明星」。

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黑洞是怎麼出現的?究竟是什麼條件和物質才能在宇宙中,創造出那麼多質量極大密度極高的事物呢?

開始于恒星的死亡

黑洞是 由極大質量的超巨星 坍塌后形成的。一顆恒星誕生之后,就開始了漫長的演化過程。在恒星的生命中,它們的核心會成為「發動機」, 一直進行核聚變反應為恒星提供能量

「發動機」的「燃料」是恒星中的 氫和氦,但是物質總有耗盡的那一天,當恒星將所有的原子都消耗完后, 核聚變反應將停止,核心開始冷卻,失去能量的恒星開始坍塌

自身重量的影響下,恒星快速收縮,并向外輻射出巨大的能量。如果一顆恒星的質量超過了 奧本海默-沃爾科夫極限,它就會變成黑洞。

超越該極限,就連中子與中子之間的強相互作用以及中子本身的量子簡并壓力都無法與重力抵抗,恒星將無法避免地坍塌成一顆黑洞。

看來,黑洞的誕生源自一顆恒星的死亡, 如果沒有恒星應該就不存在黑洞黑洞只能在第一批恒星死亡之后才能出現,年齡最大的黑洞,也需要在大爆炸一億年之后才能出現。

更老的黑洞

然而, 蘇聯理論天體物理學家澤爾多維奇等人在上世紀60年代,提出了 「原初黑洞」的設想。他們認為, 有一些黑洞不需要等待恒星死亡,而是在大爆炸之后就已經誕生了

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霍金等人也對該設想進行了進一步發展,他們認為在宇宙大爆炸后,宇宙中各區域的密度并不一致,其中密度較高的區域便可能直接坍縮形成黑洞。

這些誕生在宇宙早期的黑洞,因為「收集」到大爆炸誕生的諸多粒子,自身的質量分布范圍應該比從恒星中誕生的黑洞要廣得多, 可能存在質量是太陽質量數百萬倍的超大型黑洞

原初黑洞的理論誕生還不到百年,對于普通黑洞來說,有關它的理論還處于萌芽階段,科學家對它的進展也尤其緩慢。

研究現狀

不過,今年傳來了有關原初黑洞的好消息。

2023年3月29日,英國杜倫大學宣布,他們的研究團隊在宇宙中發現了一個質量是太陽質量300億倍超大黑洞。

關于它是如何誕生的,有的科學家提出一個大膽的想法: 原初黑洞或許就是暗物質

換個說法,這些科學家認為 原初黑洞全部都是由暗物質構成的。一時間,集齊了宇宙中兩位「流量大王」,又是黑洞又是暗物質,一下子引起了科學界廣泛的興趣。

不過,這個推論雖然很有意思,但還是被推翻了。研究團隊做了一個實驗,將 微透鏡約束萊曼α森林數據相結合,發現: 如果恒星級質量的原初黑洞真的規避了現有的微引力透鏡觀測,那麼其應該是弱成團,而非強成團,這與此前的觀點相互矛盾

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也就是說,恒星級質量的原初黑洞失去了暗物質候選者的身份, 它不可能全部都由暗物質組成

說在最后

研究的結果表示我們依然不知道原初黑洞是如何誕生的,但是這并不是給研究「潑冷水」,科學家蔡一夫認為: 「一個科學理論是不能夠被完全證實的,我們只能夠證偽。」

未來,或許我們能擁有更先進的觀測技術,幫助我們在茫茫宇宙中找到原初黑洞誕生時留下的「痕跡」,到那時,兩大宇宙「流量明星」肯定會給我們帶來一部,足以掀翻我們三觀的「大電影」。

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