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宇宙有2万亿个星系,天文学家却认为,至少有40万亿颗黑洞?

对目前的科学界来说,黑洞绝对算得上是最神秘的天体。

虽然爱因斯坦早在20世纪初就在广义相对论中预言了黑洞的存在,但天文学界直到2019年才拍到了第一张真实的黑洞照片,也就是5500万光年外的M87星系中心黑洞,质量为太阳的65亿倍。

这张好似蜂窝煤一般的照片所表现出的黑洞本体和吸积盘,也宣告了天文学界目前的黑洞外围理论是正确的。

宇宙中究竟有多少个黑洞呢?

以往这个问题是无法被回答的,因为黑洞不像星系和恒星一样能被望远镜直接看见,天文学家想确认黑洞的存在,只能去分析恒星的运动轨迹,如果发现一颗恒星在绕一个“肉眼不可见”的引力源运动的话,就证明这颗恒星周围存在黑洞。

这种发现一颗记录一颗的方法,显然不可能统计出全宇宙的黑洞,所以天文学界采用了估计法,他们认为占宇宙质能总量5%的普通物质,也就是可见物质,至少有1%被吞噬到了黑洞中。

这1%被黑洞吞噬的质量,按照黑洞质量分布去分配的话,大约是40,000,000,000,000,000,000个,也就是说宇宙中至少存在40万亿个黑洞。

看到这里你也许会觉得这个数字有点夸大了,但其实一点都不夸张,因为在直径930亿光年的可观测宇宙里,天文学家估计至少存在2万亿个星系,每个星系的中央基本上都有一颗超大质量黑洞。

至于剩下的38万亿个黑洞,主要由大质量恒星晚年坍塌而成,在平均每个星系都有上千亿颗恒星的情况下,2万亿个星系内的恒星加起来,是完全能产生38万亿个黑洞的,因为两者根本就不在一个量级上。

不过由于我们的太阳属于中等质量的黄矮星,所以50亿年后并不会变成黑洞,而是会变成一颗每立方厘米质量达到数吨的白矮星,数千亿甚至数万亿年后,这种白矮星还会冷却为黑矮星。

但相比大质量恒星晚年坍塌成黑洞的“清楚明晰”,天文学界对于超大质量黑洞的形成,目前还是一头雾水。

因为星系中心的超大质量黑洞,往往具有几百万甚至几百亿个太阳质量,如此巨大的质量绝不可能是恒星坍塌而来的,也不可能是由众多小黑洞融合而来的。

思来想去只有一种可能,那就是这些星系中心的超大质量黑洞属于“原初黑洞”,是在宇宙大爆炸不久后就诞生的第一批黑洞。

但宇宙大爆炸为什么会产生黑洞呢?

这个问题广义相对论可以回答,因为黑洞在广义相对论中就是“质量堆积于时空一点”的产物,而大爆炸恰恰就是“能量转化为质量”的过程,在138.2亿年前大爆炸那一刻,能量分布伴随着时空的剧烈膨胀而变得不均匀。

当这种“不均匀”超过一定限度后,就会在引力作用下发生坍塌,成为宇宙中第一批黑洞,同时由于大爆炸的能量是有史以来最大的,所以产生的原初黑洞质量也大得惊人,绝非后来的恒星级黑洞能比。

这些质量巨大的原初黑洞,后来就成为了每个星系中心的超大质量黑洞,但仅靠这些原初黑洞是无法掌控星系内数千亿颗恒星的。

拿银河系来举例,银河系中心440万倍太阳质量的超级黑洞人马座A*,是绝无可能凭借一己之力维持银河系内1000亿到4000亿颗恒星的引力平衡的,银河系之所以能保持稳定而不是分崩离析,很大程度上是因为遍布银河系内外的暗物质,是它们提供了额外的质量和引力,充当了星系内的粘合剂。

银河系中心的超大质量黑洞,其实主要影响的是附近的球状星团和其他黑洞,而非直径18万光年的银河系本身,银心区域的人马座A*以及稠密的球状星团和游荡黑洞,这三者加起来产生的引力聚合体才是银河系真正的定盘星。

总体而言

为了真正解开黑洞之谜,我们还需要寻找更多黑洞才行,但无论如何,科学家相信我们似乎已经迎来了开始破解黑洞之谜的时代。