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黑洞质量有大有小,中等质量黑洞却是空白,引力波传来颠覆性探测

乐鱼体育APP下载 动态 2021-12-15 18:47

18世纪80年代前后,两位伟大的物理学家,英国的米歇尔和法国的拉普拉斯,他们提出宇宙中可能存在一种引力大到连光都无法逃脱的天体,他们形象地称之为“暗星”。这是有关黑洞最早的理论。

1916年,科学巨匠爱因斯坦发表了著名的广义相对论。在广义相对论中,提出大质量天体会扭曲时空,而周围的小天体会围绕这个扭曲的时空慢慢地向大天体靠近。这便是牛顿在三百多年前提出的万有引力的本质。如果这个天体的质量足够大,引力强到连每秒30万公里的光都无法逃逸,它就成为了黑洞。

广义相对论横空出世后,不到一月,德国数学天才卡尔·史瓦西,就计算出了广义相对论,引力场方程中一个特殊的解——黑洞。他还计算出物体要变成黑洞的临界半径,史瓦西半径。

太阳的史瓦西半径约为3公里,意味着把太阳压缩到3公里以内的范围,它就会变成一个黑洞。不过,大家不用担心。我们的太阳最后的归宿并不是黑洞,而是在50多亿年后,会成为一颗白矮星。此时,主要由碳构成的白矮星太阳将不再发生任何核反应,并慢慢向宇宙散发出自己的余温。理论上,再经过万亿年,太阳将会彻底“死透”,成为一颗冰冷的黑矮星。

如果有一颗恒星,它的质量大于2到3倍太阳质量,其核聚变结束后,原本由核聚变产生的向外的推力与引力产生的向内的收缩力,两者平衡被突然打破。恒星猛然收缩,开始向内坍塌。当恒星收缩到小于史瓦西半径时,就形成了恒星级黑洞。这类黑洞的质量大多都是几十倍太阳的质量,最大不会超过100倍太阳质量。恒星级黑洞是由恒星“死亡”演化而来,我们宇宙中有数以亿亿计的恒星,以此推算恒星级黑洞应该很多。

还有一类黑洞是位于每个大星系中心位置的超大质量黑洞,我们的银河系就是围绕着这样一个看不见的巨无霸——人马座A*黑洞旋转。这个超大质量黑洞大约是太阳质量的450万倍。这类超大质量黑洞往往都是太阳质量的10万倍以上。银河系只是一个普普通通的星系,在偌大的宇宙中有超千亿个星系。如此看来超大质量的黑洞一定不在少数。

2019年4月10日,第一张黑洞照片问世。这是人类有史以来第一次“看见”黑洞。在照片中,我们看到的就是M87星系中心的超大质量黑洞,距离地球5300万光年,足足是太阳的65亿倍。

行文至此,不知读者朋友们是否会有这样一个疑问?黑洞这种在宇宙中连光都要吞噬的饕餮怪兽,要么是低于100倍太阳质量的恒星级黑洞,要么就是大到太阳质量10万倍以上的超大质量黑洞。那中间这一截呢?也就是100倍至10万倍太阳质量的中等质量黑洞怎么未见其踪迹?

其实,在理论上恒星不可能由“死亡”演化为中等质量黑洞,因为如此质量的恒星会在成为黑洞之前,核燃烧会以一种失控的方式加速,恒星在爆炸后不会留下任何黑洞遗迹。

可是,9月3日,科学家发表在《物理评论快报》和《天体物理学期刊通讯》上的两篇论文称,他们发现了有史以来第一个中等质量黑洞,这绝对是一个具有颠覆性的发现!

2019年5月21日,LIGO和Virgo两座著名的引力波天文台,他们的科研人员从持续不到0.1秒,峰值频率约60Hz的信号中,发现了距离地球约170亿光年, 142倍太阳质量的中等质量黑洞。研究人员表示,在约70亿年前,质量分别为太阳的66倍和85倍的两个黑洞,在发生激烈碰撞后,形成了一个新的中等质量黑洞,而有9倍太阳质量以引力波能量的形式从双黑洞并合处向宇宙时空辐射出去,恰好被人类探测到。它是人类迄今为止探测到的首个中等质量黑洞,但绝不是宇宙中唯一的一个中等质量黑洞。

中等质量的黑洞除了由较小质量的黑洞合并而来,还可能如星系级超大质量黑洞那般,产生于宇宙诞生时的那场“大爆炸”!

随着科技的进步,人类一定会揭晓更多有关黑洞的奥秘!科研人员还表示,就在不久的将来,我们不仅能看见越来越多的黑洞美照,还可以欣赏双黑洞合并时的震撼动态视频……

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