宇宙中最重的物質是什麼?

2021-02-25 少年科學畫報

宇宙的容量超乎我們的想像,裡面包含著許多質量超大的物體,宇宙中最重(密度大)的物質是什麼?下面我們就來一睹它們的風採吧!

黑洞的質量極其巨大,而體積卻十分微小,它產生的引力場極為強勁,以至於任何物質和輻射在進入到黑洞的一個事件視界(臨界點)內,便再無法逃脫,甚至目前已知的傳播速度最快的光(電磁波)也逃逸不出。科學家們無法直接看到黑洞,但可以通過觀察黑洞對周圍物體和物質的巨大影響來了解黑洞。然後科學家們得出結論:黑洞是宇宙中最重的物質之一。

黑洞有很多種類型,最常見的是恆星質量黑洞,它的質量是太陽的3到20倍。這當然已經足夠大了,但還有更加重量級的,那就是超大質量黑洞,它們的質量可能是太陽的幾十億倍!

太陽的質量大約是130億萬億噸,約為地球的333000倍。也就是說,要130萬個地球才能把太陽填滿。

科學家們並不完全清楚超大質量黑洞是如何形成的,但他們相信超大質量黑洞位於每一個星系的中心,包括我們自己的銀河系。下面是一些目前已知的最龐大的超大質量黑洞:

NGC 4889星系黑洞

NGC 4889是位於后髮座的一個星系,至地球的距離大約是3.36億光年。這個星系中央擁有一個質量高達太陽質量210億倍的超巨型黑洞,是當前已知質量最大的黑洞。相比之下,位於銀河系中心的人馬座A*超大質量黑洞,質量大約只是太陽的400萬倍。

OJ 287類星體黑洞

OJ 287類星體中的超大質量黑洞距離地球35億光年,質量是太陽的180億倍。超大質量黑洞形成在OJ 287類星體的中心位置。類星體是一種非常明亮的星體,這種星體在持續螺旋進入一個大型黑洞後釋放出大量輻射線。

有趣的是,這黑洞旁邊較小黑洞的質量為太陽的1億倍,它環繞著較大的黑洞以橢圓形軌道運轉著,運行周期為12年。兩個黑洞距離很近,小黑洞環繞一段時間後可與大黑洞周邊物質發生擠壓碰撞,而每次碰撞都會讓OJ 287類星體突然變得明亮。

NGC 1277星系黑洞

NGC 1277是英仙座的一個星系。該星系距離銀河系2.2億光年。2012年,科學家在NGC 1277中心發現了質量巨大的黑洞。該黑洞是太陽質量的170億倍,佔星系總質量的14%。作為對比,一般星系中央黑洞的質量約佔星系總質量的0.1%左右。如此質量巨大的黑洞無法與現有的星系演化模型相協調,或許存在一種截然不同的物理機制。

毫無疑問,更大的超大質量黑洞最終會被發現。在宇宙最大和最明亮的星系團中,有一個有待探索的區域。科學家們已經在這些區域發現了幾個質量相當於100億個太陽的黑洞。

中子星是恆星演化到末期,經由引力坍縮發生超新星爆炸之後,可能成為的少數終點之一。根據恆星質量的不同,可能會產生兩種結果:較大質量的恆星可能最終會形成恆星質量黑洞,而質量相對小的恆星由於沒有足夠的質量可以坍縮成黑洞,最終會被壓縮成非常緻密的中子星。

一顆典型的中子星質量介於太陽質量的1.35到2.1倍,半徑則在10至20千米之間。墨爾本大學的物理學教授Andrew Melatos有一個形象的比喻:一勺中子星的質量約10億噸,這相當於3000個帝國大廈的重量。

下面是一些超大質量的中子星:

PSR J1614-2230

天文學家發現了超大質量的中子星,並命名為PSR J1614-2230,距離地球3000光年,它每秒鐘自轉317圈,與另一顆白矮星構成雙星,每9天相互繞轉一周。中子星發出的脈衝經過白矮星附近時速度變慢,這讓天文學家能夠精確測定它們的質量。測量結果表明,這顆中子星的質量為太陽的2倍。 

PSR J0348+0432

這顆中子星的直徑僅有約21千米,但其質量卻和兩個太陽質量相當,每秒自轉25圈,在此過程中發出穩定的無線電波脈衝信號。另外,它還有一顆伴星,一顆白矮星,其自轉速度也不慢:每分鐘144圈。

很久很久以前,在距離我們1億3000萬光年的NGC 4993星系,兩顆中子星劇烈相撞,並上演了一出壯觀絕倫的「燈光秀」。在此之前的數十億年間,這兩顆中子星一直圍繞著對方緩緩旋轉。但在即將相撞前,它們的旋轉速度忽然加快,繞對方旋轉了成千上萬圈,最終以極高的速度撞在了一起,很可能產生了超大量的中子星或者黑洞。

原文:SIDNEY STEVENS

編譯:阿米

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