太陽中心有個迷你黑洞?不太可能

2020-12-05 天文在線

星系是否有可能僅僅是特大質量的原始行星盤(在中心的「凸起」則是一個「太陽」的起源)? 如果是這種情況,並且理論上銀河系中心有一個黑洞,那麼是否也有可能在太陽中心有一個迷你黑洞呢?

透過阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列首次觀察到位於金牛座HL的原行星盤(圖源:wiki)

旋渦星系典型例子:風車星系(也稱為梅西爾101或NGC 5457)(圖源:wiki)

如你所見,旋渦星系和原行星盤之間存在相似之處,即它們的盤狀外觀。在這兩種情況下,圓盤狀星形成背後的物理過程都是相同的:坍塌形成星系的物質和塌縮形成恆星或行星的物質都必須角動量守恆。這樣就形成了盤。實際上,圓盤的形成是天體的普遍特徵:圍繞行星的環,圍繞黑洞的吸積盤,原行星盤和旋渦星系盤都是角動量作用的例子。

讓人失望的是,這種相似性並不意味著我們的太陽中心存在一個迷你黑洞。黑洞奇點可以被視為具有無限密度的時空區域。然而,最好的太陽模型表明,太陽的中心密度約為每立方釐米150克,這遠非無限。此外,比太陽小的黑洞會對周圍的太陽物質施加強大的潮汐力(黑洞越小,潮汐力就越大)。我們並沒有證據表明這些太陽物質受到擾動。最後,我們對黑洞形成機制的理解並不包括在恆星中心形成微型黑洞——這樣的黑洞必須是大爆炸的殘餘(或由我們尚未發現的機制形成)。而且,在這種情況下,必須有新的恆星形成理論。

被銀河中心黑洞扯碎的氣體雲(2006年、2010年和2013年的觀測結果分別以藍色、綠色和紅色表示)(圖源:wiki)

綜合考慮,太陽中心有一個微型黑洞是幾乎不可能的。

不過,天文學家認為,在大多數星系的中心很可能存在一個特大質量的黑洞(「特大質量」是指它們比太陽重數百萬倍)。這些特大質量黑洞可能在星系形成中發揮了重要作用,並起到了穩定星系盤的作用。

來自銀河系中心的特大質量黑洞人馬座A*的明亮X射線閃光(圖源;wiki)

相關知識:

星系是恆星,恆星遺蹟,星際氣體,塵埃和暗物質組成的引力約束系統。星系(Galaxy)這個詞源於希臘語(γαλαξα),字面意思是「牛奶的」,是對銀河系的指稱。星系大小差別很大,從僅有幾億顆恆星的矮星系,一直到有一百萬億顆恆星的巨星系,每個恆星都繞其星系質心運動。

星系根據其視覺形態分為橢圓形,旋渦形或不規則形。許多星系的中心被認為存在特大質量黑洞。銀河系的中心黑洞人馬座A*比太陽重四百萬倍。截至2016年3月,GN-z11是已知最古老,最遙遠的星系,距地球的共動距離為320億光年,在大爆炸僅4億年後便已誕生。

2016年發布的一項研究將可觀測宇宙中的星係數量從先前的估計值2千億個修改為建議的2萬億個或更多,而且,總體而言,估計其中有多達10的24次方顆恆星(恆星比地球上所有沙子的總數還多)。大多數星系的直徑為1千至10萬秒差距(約3千至30萬光年),並且相隔的距離約為數百萬秒差距(或兆秒差距)。以供比較,銀河系的直徑至少為3萬秒差距(10萬光年),並且與最近的仙女座星系相隔78萬秒差距(250萬光年)。

星系之間的空間充滿了平均密度小於每立方米一個原子的稀薄氣體(星系際介質)。大多數星系在萬有引力的作用下被組織成星系群,星系團和超星系團。銀河系是本星系群的一部分,這個星系群由銀河系和仙女星系主導,是室女座超星系團的一部分。在最大規模上,這些關聯群體通常排列成被巨大空洞包圍的片狀和絲狀結構。本星系群和室女座超級星系團都包含在一個更大的名為拉尼亞凱亞(Laniakea)的宇宙結構中。

五億光年內最近的超星系團的地圖。拉尼亞凱亞在紅色的圈圈中(圖源:wiki)

太陽系是太陽和直接或間接繞其運行的天體所組成的引力約束系統。在直接繞太陽公轉的物體中,最大的是八大行星,其餘的是較小的天體,矮行星和小型太陽系天體。間接繞太陽運轉的天體則是行星的衛星,其中兩個比太陽系最小的行星水星還要大。

太陽系天體大小比較(圖源:wiki)

太陽系是在46億年前因巨大的星際分子雲的引力坍塌而形成的。太陽佔據了該系統的絕大部分質量,其餘的大部分都包含在木星中。水星,金星,地球和火星這四個較小的帶內行星是類地行星,主要由巖石和金屬組成。帶外的四個行星是巨行星,其質量比類地行星大得多。 最大的兩個,木星和土星是氣態巨行星,主要由氫和氦組成。天王星和海王星這兩個最外層的行星則是冰巨星,它們主要由熔點比氫和氦更高的物質組成,這些物質被稱為揮發物,例如水,氨和甲烷。所有八個行星都具有幾乎圓形的軌道,這些軌道位於稱為黃道面的近乎平坦的盤內。

作者: Kristine Spekkens

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