黑洞是相對論最著名的預測之一,它由愛因斯坦和史瓦西在理論上提出和證明,后又經(jīng)霍金等人進一步完善,2019年第一張黑洞照片問世后,“黑洞在宇宙中普遍存在”,徹底成了科學界的共識。
和同樣遍布全宇宙但體積大小各異的恒星一樣,黑洞的質量和大小也是有區(qū)別的,理論上最小的黑洞能達到量子級別,但天文學家見的最多的還是由恒星坍塌而來的黑洞,也就是所謂的恒星級黑洞,雖然它們的質量只有的太陽的幾十倍,但如果恒星級黑洞周圍還存在其他大質量恒星的話,它就會越吃越胖,最后變成一個100到10萬倍太陽質量的中等質量黑洞。
天文觀測結果顯示,除了恒星級黑洞外,在每個星系的中心區(qū)域還都存在一個超大質量黑洞,比如銀河系的中心430萬倍太陽質量的人馬座A*,以及2019年拍攝的, 位于5500萬光年之外,680萬倍太陽質量的M87星系中心黑洞,正是這些超大質量黑洞用自身的引力,維持著所在星系數(shù)千億顆恒星的穩(wěn)定,才保證宇宙中的星系不會分崩離析。
然而目前人類發(fā)現(xiàn)的,宇宙中質量的最大的黑洞,卻并不位于星系中心,而是位于類星體TON618的中心,和擁有數(shù)千億顆恒星的星系不同,通常位于數(shù)百億光年外的類星體們,一般被認為是星系的“前身”,也是說隨著核心附近“燃料”逐漸耗盡,類星體將會演化成普通的旋渦星系和橢圓星系。
具體到TON618來看,它距離地球104億光年,質量達到了太陽的660億倍,模仿以前“把某顆恒星與太陽調換,太陽系將會如何如何”的類比,視界半徑達到1920億千米,是太陽半徑2.76萬倍的TON 618如果和太陽互換位置,那么整個太陽系所有天體都將位于黑洞內部,再到TON 618的吸積盤范圍的話,半徑一光年的太陽系都有可能被這一個黑洞“填滿“。
得益于第一張黑洞照片的問世,現(xiàn)在很多人都知道了黑洞是一個連光都無法逃逸的強引力場,不過這么說其實并不太準確,因為真正完全不可見的黑洞,只是整個黑洞系統(tǒng)的一部分,剩下的吸積盤和黑洞噴流,則是宇宙中亮度最強的物體之一,比如TON 618的吸積盤光度就是太陽的140萬億倍,所以天文學家才能隔著104億光年,從地球上看到他,準確來說是看到104億年前的它。
在霍金提出他的”黑洞蒸發(fā)“理論之前,科學界認為黑洞是會永遠存在于宇宙中的天體,因為它的逃逸速度大于光速,連光子都無法帶著能量逃出黑洞,所以黑洞是不可能發(fā)生能量虧損的,但量子力學認為在微觀層面,一直存在著無休止的量子漲落,黑洞周圍也不例外。
所以霍金結合微觀量子力學和宏觀的廣義相對論后發(fā)現(xiàn),黑洞視界邊緣的量子漲落,會不斷帶走黑洞的質量也就是能量,如果某個黑洞沒有吸積盤或者已經(jīng)沒有物質可供吞噬,從外界看來黑洞就會因為量子漲落而向外輻射能量,久而久之黑洞的質量和體積就會下降,并最終在宇宙中消失不見。
不過這種被稱為霍金輻射的能量釋放過程,還和黑洞的質量有很大關系,質量越小的黑洞霍金輻射越強,壽命越短,這也是為什么物理學家不怕對撞機生成黑洞的原因,而宇宙中的天然黑洞,尤其是超大質量黑洞,霍金輻射對它們來說是很弱的,在宇宙未來繼續(xù)存在的日子里,它們都不會因為霍金輻射而消失。
其實從宇宙層面來看,太陽系和黑洞是不太可能發(fā)生故事的,因為距離最近的HR 6819黑洞都在1000光年之外,雖然有天文學家認為,隨著太陽系未來繼續(xù)繞銀河系中心公轉,有可能碰到銀河系內的流浪黑洞,但宇宙天體之間的距離都很漫長,且黑洞只會威脅到視界之內的天體,所以就算黑洞路過太陽系,只要它不從太陽身邊經(jīng)過就沒事。
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