巨大的黑洞能成长到多大?

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巨大的黑洞能成长到多大?

据国外媒体报道,黑洞会长到多大?一组科学家认为,黑洞可以长到他们所说的“极其巨大的”尺寸,每一个可以有1000亿或更多个太阳质量那么重。研究人员说,发现如此巨大的黑洞或可揭示神秘暗物质的大部分性质。这些神秘的暗物质占到了宇宙总物质的五分之四。

大多数星系(即使不是全部)的中心是超大质量的黑洞,质量是我们的太阳的数百万乃至数十亿倍。例如,在我们银河系的中心是人马座A*,尺寸大约是450万个太阳质量。

目前已知最大的黑洞是类星体TON 618内部存在的黑洞,大小约为660亿个太阳质量。庞大的TON 618让科学家不由得猜测,是否还有更大的黑洞存在,以及黑洞的大小是否有上限。

真正的巨型黑洞

在这项新研究中,研究人员把1000亿个太阳质量或以上尺寸的黑洞——比目前所见的都大的黑洞——称为“极其巨大的黑洞”(SLAB)。尽管研究人员也指出,目前尚无证据表明真的就存在极其巨大的黑洞,但他们认为确实存在接近这么大尺寸的超大质量黑洞。

“令人惊讶的是,到目前为止,几乎没有人关注极其巨大的黑洞的存在,但他们理论上是可以存在的,”研究的共同作者、慕尼黑大学的理论宇宙学家弗洛里安·库内尔说。

对于极其巨大的黑洞,一个关键问题是,首先,它们到底能否形成。不过,哪怕是普通的超大质量黑洞,它们的形成也有诸多未解谜团。

传统的假设是,当较小的黑洞合并又吞噬掉周围物质的时候,星系中心便形成超大质量黑洞。然而,研究的共同作者、伦敦大学玛丽皇后学院的理论宇宙学家伯纳德·卡尔说,先前的研究发现,这个模式无法解释,在宇宙只存在了几十亿年的情况下,黑洞又是如何成长到超大质量尺寸的?

原始起源?

卡尔解释说,对于普通超大质量黑洞和可能的极其巨大的黑洞是如何形成的这个问题,另一个解释的关键在于所谓的“原始黑洞”。先前的研究推测,在大爆炸发生后的那不到一秒内,炙热、快速膨胀的新生宇宙中密度的随机波动可能会聚集足够多的物质,然后坍缩成黑洞。这些原始黑洞或许就是日后更大黑洞的成长基础。

如果确实存在原始黑洞,它们或许可以解释什么是暗物质。虽然人们相信宇宙中有大量暗物质的存在,但科学家还是不知道这一奇怪物质到底是由什么构成,因为没人见过暗物质;目前,我们也只能通过其对正常物质的引力作用来研究暗物质。暗物质的本质目前是科学界的最大谜团之一。

“中等质量的原始黑洞能否提供暗物质这个问题,引起了人们广泛的兴趣,”研究的共同作者、阿姆斯特丹大学粒子天体物理学家卢卡·维西内利说。

检测极其巨大的黑洞的方法之一是通过引力透镜。根据爱因斯坦的广义相对论,物体的质量越大,其自身周围的时空弯曲就越强,进而该物体的引力也越强。引力也会使光线弯曲,因此通过强引力场(如黑洞产生的引力场)看到的物体是透镜过的。研究人员说,最近的工作主要侧重于寻找来自较小物体的引力透镜效应上,但他们表示这种研究也可以寻找极其巨大的黑洞。

还有一个检测极其巨大的黑洞的方法就是通过黑洞对它们周围环境的影响,例如引力扭曲的星系。这些黑洞会消耗天文学家可以检测到的物质,然后产生热、光和其他辐射。

除了原始黑洞之外,另一个潜在的暗物质候选者是所谓的大质量弱相互作用粒子(WIMP)。若大质量弱相互作用粒子存在,它们也会是看不见的,并且很大程度上是无形的。但先前的研究表明,若两个大质量弱相互作用粒子发生碰撞,它们会互相湮灭并释放伽马射线,为科学家检测它们的存在提供了间接的方式。维西内利说,极其巨大的黑洞的强大引力会聚集一圈大质量弱相互作用粒子,而大质量弱相互作用粒子湮灭时释放的高能量伽马射线可以帮助科学家发现极其巨大的黑洞。

总而言之,卡尔说:“我们知道黑洞存在于各种各样的物质中,所以自然而然地我们也会好奇黑洞是否具有自然上限。有些人可能会怀疑极其巨大的黑洞的存在,因为这样巨大的黑洞可能无法形成。但是,在没有发现之前,人们也曾怀疑过中等质量和超大质量黑洞的存在。我们不知道极其巨大的黑洞是否真的存在,但我们希望我们的研究可以促进未来对这个话题的讨论。”

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