宇宙中最小的黑洞有多大?真實大小無法估計,比你想的要小得多

2020-11-22 萬史不辭

黑洞是宇宙中即神秘又危險的天體。在愛因斯坦的相對論中提到,宇宙中存在一個質量極大,引力也非常大的天體,並最終被證實存在。從那以後,科學家就開始了對黑洞的研究。雖然人類已經確定了黑洞的存在,但是由於它的時空曲率太大,連光線無法都無法逃脫,所以我們並不能直接觀察到黑洞的存在,只能通過觀察黑洞的視界範圍內,氣體雲所發出的光線和輻射的能量來研究黑洞,判斷黑洞的大小,直到今年,人類才終於第一次拍攝到了黑洞的畫面。

但是即使人類研究黑洞已經有了一定的進展,但是由於不能直接觀察到黑洞的內部,所以我們對黑洞的了解還是很少。根據人類已經獲得的星系,科學家們推斷出黑洞的形成原因。黑洞是一顆質量巨大的恆星,在內部粒子被燃燒殆盡後,自身的重力讓它坍塌,最後它將聚集成一個點,成為黑洞之後,吞噬周圍的一切物體,包括光線。而質量較小的恆星卻不會形成黑洞,而是變成中子星。

雖然黑洞引力巨大,可以吞噬周圍的所有物質,但是它並不會無限擴張下去。黑洞在吞噬物質的過程中,也會釋放霍金輻射,讓它的質量減小,當黑洞的質量減小到一定程度的時候,它不但會縮小,甚至會出現爆炸最後消失。

人類自從確認了黑洞存在以後,就利用各種手段在尋找和觀察黑洞。宇宙中的黑洞有無數個,散布在宇宙各處,而人類所能觀察到的黑洞,只不過是非常小的一部分。目前人類說觀測到的最大的黑洞名為SDSS J140821.67+025733.2,質量達到了太陽的1960億倍,是之前人類所記錄最大黑洞的6倍。這次的發現更是驗證了愛因斯坦的相對論。

黑洞可以很大,同樣黑洞也可以很小。人類目前為止觀察到的最小的黑洞是一顆名為XTE J1650-500的黑洞,它的直徑只有24千米,質量僅僅只有太陽的3.8倍。這個黑洞是在一個雙星系統中發現的,雖然它的個頭很小,但是它卻正在吞噬它的伴星。這也是科學家之所以能夠觀察到它的原因。

上面提到的黑洞只是人類觀察到的最小的黑洞,然而宇宙中最小的黑洞有多小,人類卻不知道。不過,科學家估計,在宇宙中還有一種體積非常小,但是質量卻非常大的黑洞,體積要比你想像的要小得多。

這一類黑洞被科學家稱為原初黑洞,也叫做太初黑洞。原初黑洞和我們一般意義上的黑洞不同,它並不是恆星死亡之後產生的,而是在宇宙大爆炸之後不久就產生了。科學家認為,在宇宙大爆炸初期,由於超強的壓力和超高的溫度,某些物質密度非常高的區域,會形成原初黑洞。

在理論上,原初黑洞比一般的黑洞要小,最小的原初黑洞可能小到人類肉眼都無法看到的大小,甚至大小只有原子那麼大,。雖然它的體積可以很小,但是它的質量卻很大。這種黑洞一般來說比恆星形成的黑洞要更加穩定,所以科學家認為,至今原初黑洞還存在於宇宙各處。但是目前的人類還沒有找到原初黑洞。

科學家提出了兩種找到原初黑洞的辦法。一種辦法是利用霍金輻射,美國國家航空航天局曾經利用費米伽馬射線望遠鏡,試圖尋找原初黑洞的存在,但是可惜的是,直到今天也沒有發現它的蹤跡。還有另一種方法是通過觀察恆星表面的變化。因為如果一顆小型黑洞穿過一顆恆星,那麼他的密度會讓我們能夠觀察到振動,一些行星甚至會受到影響。如果這名這種小型的黑洞存在,那它就是原生黑洞,因為現在的黑洞無法形成質量很小的黑洞。

科學家們研究原初黑洞,當然並不只是為了研究它本身。如果證明真的存在原初黑洞,那麼就有可能解決暗物質存在、宇宙疇壁和單極問題。這對物理學來說有這非常重大的意義。雖然宇宙中最小的黑洞還沒有被人類發現,但是科學家相信,這種黑洞應該廣泛存在宇宙當中,等待人類的發現。

任何東西我們都不能只看表面,很多人覺得研究宇宙中的各種天體等對於目前的人類來說沒有幫助,但是其實完全相反。研究宇宙的天體能夠讓人類掌握更多的宇宙規律,可以完善人類的基礎科學,加速人類文明的進步。

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    夜幕降臨,當我們仰望天空,數不盡的星星映入眼帘,它們的實際個頭有大有小。最小的恆星和木星相仿,最大的恆星直徑比太陽大幾千倍,可以裝下45億個太陽。那麼它是最大的天體嗎?那肯定不是。這就要說到黑洞了。雖然我們用肉眼看不到黑洞,但黑洞是的的確確存在的天體,目前已經發現的最大的黑洞TON618質量達到了太陽的660億倍。那麼黑洞有沒有下限呢?黑洞是怎麼形成的呢?當恆星核聚變結束時,恆星就和坍縮成白矮星,整個恆星都是原子形態。白矮星繼續發展還會坍縮變成中子星。一個質量和太陽相當的中子星直徑卻只有幾公裡。
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    在所有的宇宙天體種類中,黑洞可以說是最難理解又最為神秘的天體,它的引力場強到連秒速30萬公裡的光都無法逃脫,任何物質只要來到它的視界邊緣,必然會被吸入到它那無盡的深淵中。
  • 擁有著千億顆星球的宇宙,最小的恆星有多小?最大的有多大?
    擁有著千億顆星球的宇宙,最小的恆星有多小?最大的有多大?宇宙浩瀚無垠,宇宙中的星球數不勝數,光是銀河系中的星球就有數千億顆,人類探索宇宙的視野有限,我們能夠看到的宇宙不及其萬分之一,但是哪怕是這麼一點比例也夠我們觀察很久了。
  • 黑洞中的物質密度有多大?和你想的不一樣!把地球、太陽和宇宙壓成...
    由於黑洞本身的大小不同,它裡面的物質(其實更應該稱為能量)密度並不是一樣的,並且這個也是可以計算出來的。你相信越小的黑洞密度越大,越大的黑洞密度越小嗎?關於黑洞的質量和體積的計算,有一個公式叫史瓦西半徑公式,就是專門用來計算黑洞的體積的,其計算公式為 R=2GM/C的平方。
  • 宇宙最小的物質是什麼?有多小?
    一位名叫 Andy Parker 的物理學家說:「現在我們不能找到任何證據證明夸克中內部還存在其他物質。我們是否已經找到了事物的最基本組成物質。即使夸克和電子是不能再被分裂的,科學家們還是不能確定它們是否是存在於世界最小的物質,或者宇宙中還有更小的物質存在,Parker 說。
  • 黑洞裡面到底是什麼?人類推算出最大的黑洞有多大?
    例如,太平洋中的百慕達三角是一個黑洞。黑洞是無限大密度的中心,無限高的時間和空間曲率,無限高的熱量,無限小的奇點和周圍天空的一部分,在這個天空區域內是不可見的。黑洞是由大型天體爆炸和自坍縮形成的,其中一些與太陽的質量大致相同,而另一些則大得多。黑洞是非常有引力的物體,即使光也無法逃逸,所以它們被稱為黑洞。
  • ...有多大?和你想的不一樣!把地球、太陽和宇宙壓成黑洞分別會怎麼樣
    由於黑洞本身的大小不同,它裡面的物質(其實更應該稱為能量)密度並不是一樣的,並且這個也是可以計算出來的。你相信越小的黑洞密度越大,越大的黑洞密度越小嗎?關於黑洞的質量和體積的計算,有一個公式叫史瓦西半徑公式,就是專門用來計算黑洞的體積的,其計算公式為 R=2GM/C的平方。
  • 宇宙中存在一個最小的距離尺度嗎?
    撰文 | Ethan Siegel翻譯 | 唐璐如果要想了解宇宙是如何運作的,我們就必須從基本層面來進行研究。因為宏觀物體是由粒子組成的,而粒子只能在亞原子尺度上進行探測。為了研究宇宙的屬性,我們必須在儘可能小的尺度上觀察最小的構件。
  • 宇宙中有比電子更小的物質存在嗎?
    宇宙中當然有比電子更小的物質存在,目前我們已知在宇宙空間中,除了電子之外,還有中微子和光子都屬於最小的粒子。理論上黑洞的中心奇點也極小,未來人類或許還會發現其它比電子小的微觀物質,比如某些暗物質;還有可能,以後的科學家會發現原來場(磁場、電場和引力場)也是一種更小的物質。
  • 黑洞中央奇點被發現 或為宇宙中最小單位/圖
    黑洞中央奇點被發現 或為宇宙中最小單位/圖  根據劍橋大學高能物理學教授、物理學家安迪·帕克(Andy Parker)介紹:;我們似乎一直沒有觀察到夸克內部的情況,是否已經達到宇宙物質最基本的內層結構了呢?即便夸克和電子是不可分割的,那麼科學家們也不知道它們已經是宇宙中最小的物質單位,或者宇宙中還存在更加精細的結構未被發現。
  • 黑洞的引力到底有多大,以至於光都無法逃脫
    黑洞在宇宙是普遍存在的,只是我們看不見。據說,大的星系中心都有黑洞存在。這些發光的氣體,一旦進入中間的黑色區域,就永遠出不來了,我們也觀察不到它們,所以中間的黑色永遠是黑色的,這個黑色區域最邊界的地方就叫作事件視界。黑洞在宇宙是普遍存在的,只是我們看不見。據說,大的星系中心都有黑洞存在。
  • 黑洞會大黑洞吃小黑洞,一個黑洞套一個黑洞嗎?
    有位朋友提出黑洞裡面會不會有小黑洞,也就是黑洞會不會套著黑洞這樣的問題。時空通訊覺得這是對黑洞的性質認識不清,才會有這樣的誤區,下面我們一起來探討一下。黑洞是宇宙頂級天體,是大質量恆星死亡後的屍骸,任何黑洞中心奇點都是無限小了,這個無限小裡面還有什麼比無限小更小的呢?
  • 宇宙有多大?它為什麼這麼空?
    宇宙已經存在了很長時間。你可能想知道,為什麼引力還沒有將所有東西聚集成一個大團塊,形成超大的恆星、巨大的黑洞,甚至巨型星系。事實是,宇宙中剛好有足夠的物質和能量可以讓引力將空間變「平」,空間不會彎曲到足夠使所有事物重新聚集到一起。記住,暗能量在使空間擴張,所以最終的結果是,在大尺度上事物都在相互遠離。即使無法贏得這場拔河比賽,引力仍然取得了局部的勝利。
  • 黑洞的體積並非黑洞的實體,黑洞的實體是奇點,奇點有多小?
    黑洞是宇宙中客觀存在的一種天體,黑洞的體積有大有小。最小的黑洞小到瞬間就能被蒸發殆盡,而大的黑洞則可以主導整個星系的運行。每一個星系的中心都存在著一個星系級的黑洞,它依靠自身強大的引力來使周圍的物質高速運轉,而這些物質又帶動外圍的天體運行起來,以此類推,一個星系便開始了有序的運行。宇宙中黑洞的體積有大有小,但是這裡所說的體積實際上並不是黑洞的實體,而指的是黑洞視界的體積。
  • 如果宇宙質量為王,那為什麼靠近小黑洞更容易被撕碎?
    因此,引力也成為了當時宇宙最令人費解的概念之一,它並非某種看不見的、超距的力,而是因為宇宙中的物質或能量扭曲了空間的結構本身產生的幾何性質。如果問宇宙中曲率最大的區域在哪,你可能都知道黑洞的曲率最大,因為黑洞的質量大。
  • 如果宇宙質量為王,那為什麼靠近小黑洞更容易被撕碎?
    因此,引力也成為了當時宇宙最令人費解的概念之一,它並非某種看不見的、超距的力,而是因為宇宙中的物質或能量扭曲了空間的結構本身產生的幾何性質。如果問宇宙中曲率最大的區域在哪,你可能都知道黑洞的曲率最大,因為黑洞的質量大。
  • 宇宙中質量最大的天體排名,400億個太陽質量也很小
    你知道我們的宇宙太大了,以至於我們無法估算它的實際大小。由於宇宙膨脹的速度極快,科學家們想出了一個術語「可觀測宇宙」。根據定義,這是一個球形區域,包含了地球上的望遠鏡和太空探測器可以觀測到的所有物質,甚至包括探索探測器「旅行者一號」和「旅行者二號」,它們的主要目的是對太陽系的探索擴展到外星系區域。在太陽的影響範圍之外,可觀測到的宇宙的半徑大約是465.08億光年。
  • 原子大小黑洞有多厲害,能啃掉地球嗎,過程會怎樣?
    說黑洞多大多大,一定要說清楚是黑洞的質量還是這種黑洞途徑有幾個來源,一是每天宇宙中都有無數高能粒子以接近光速撞擊大氣層,很可能會形成這種極其微小黑洞,又會很快蒸發掉;還有可能宇宙大爆炸初期形成的原初黑洞,漂浮在宇宙空間還沒有被人類發現;三是人造黑洞。
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    什麼是小,是看不見,還是視而不見?或許你根本從未想見?宇宙,好似在生活之外,不經意時你才發現:這裡,大和小,遠和近,早已超越你我能理解的範圍!本篇展示了25張宇宙圖片,從大到小,從近到遠,帶你去到宇宙最深處。